學位論文
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Item 19 GHz 單邊帶混頻器與可變增益放大器設計(2023) 王佾雯; Wang, Yi-Wen隨著B5G和6G的發展，衛星通訊逐漸被視為下一世紀重要發展中的一部分，Ka頻段衛星通訊則在17.7-20.2 GHz和27.5-30 GHz。在相位陣列(Phase Array)架構的射頻接收機中，混頻器(Mixer)和可變增益放大器(Variable Gain Amplifier)為重要的元件。隨著互補式金氧半導體製程(CMOS)的進步，相較於其他製程CMOS具有低成本及低功率消耗等優勢。本論文將使用標準65-nm製程，實現19 GHz高邊帶抑制度單邊帶混頻器與19 GHz可變增益放大器。第一個電路為19 GHz高邊帶抑制度單邊帶混頻器設計介紹，從混頻器架構、設計參數到模擬量測結果，由單顆混頻器的設計作為基礎，使用被動電阻式環形混頻器架構，能有較好的頻寬特性，且不需要直流功率消耗。再藉由輸入正交訊號，經過I Path混頻器、Q Path混頻器，消除其中一邊頻帶的鏡像訊號，以提高系統靈敏度。該混頻器在LO驅動功率3dBm、閘極偏壓同 V_g 為0.35 V時，轉換增益 -20.3±1.5 dB，在RF頻率13~23 GHz範圍內實現了55.5%的分數頻寬(FBW)，並達到大於30 dBc的寬頻邊帶抑制度。此外，在RF頻率從18.5至20.2 GHz和IF頻率從2.8至5.7 GHz的範圍內，混頻器的邊帶抑制度高於55 dBc。輸出1dB壓縮點(OP1dB)為-15.7 dBm，且整個頻帶的隔離度均優於47 dB，晶片面積為0.885×0.8 mm2，且無直流功率消耗。第二個電路為19 GHz可變增益放大器，從可變增益放大器架構、設計參數到模擬量測結果，設計上採用Current Steering架構，控制方式為數位控制，本次設計為串接兩級以兼顧雜訊和輸出功率，電晶體類比控制之Current Steering架構來調整增益，使增益可變。除此之外加入Body-Biased架構改善低供應電壓時導致的低可變曾亦範圍問題。低供應電壓和低功耗可變增益放大器。在低供應電壓1V、低功率消耗18mW時，小訊號增益22.38 dB、增益調節範圍9.98 dB，RMS振幅誤差低於0.5 dB，晶片面積為0.825 × 0.55 mm2。