學位論文
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Item 28 GHz鏡像訊號抑制接收機設計(2022) 鄧凱駿; Deng, Kai-Jyun隨著毫米波頻段的發展，在毫米波射頻收發器中，低雜訊放大器及混頻器為射頻收發機的重要的元件。由於近年來互補式金氧半導體製程(CMOS)的發展愈趨前瞻，近年來一些射頻電路整合成的射頻模組也逐漸出現在市場上，因此本論文將使用TSMC 180nm CMOS製程，計實現28 GHz鏡像抑制接收器模組。第一個電路為28 GHz低雜訊放大器，使用串接兩極疊接組態結構，透過在疊接組態中加入匹配電感對雜訊進行抑制。當供應電壓Vdd為2.4 V，Vg1、Vg2分別為0.8 V、2 V時，量測在27.2 GHz有最大增益14.7 dB，雜訊指數在26 ~ 34 GHz雜訊指數小於6 dB，OP1dB約為-7.25 dBm，電路直流功率消耗約為10.87mW，整體晶片面積佈局為615 μm × 410 μm。第二個電路為28 GHz鏡像抑制混頻器，為一降頻器，射頻訊號由RF端進入後透過威爾金森功率合成器(Wilkinson Power Combiner)將訊號分配到I/Q混頻器中，LO端則是用耦合器和馬相巴倫構成的四相位產生器將差90度的正交的差動訊號輸入到I/Q混頻器中，IF端是以二階多相位濾波器(Poly Phase Filter)將輸出的四相位訊號合併成差動訊號。在LO驅動功率為3 dBm時，電晶體閘極偏壓在0.6V時，頻帶約為25 ~ 31 GHz，轉換增益(Conversion Loss)約為-20.48 dB，鏡像拒斥比在RF頻率28 GHz時為-47.18 dB，OP1dB約為-17.33 dBm，LO對RF、LO對IF隔離度皆小於-50 dB，電路直流功率消耗約為0 mW，整體晶片面積佈局為800 μm × 700 μm。第三個電路為28 GHz鏡像抑制接收器，由上述介紹的兩電路組成，由第一極的低雜訊放大器抑制雜訊並放大接收到的訊號，再由第二極的鏡像抑制混頻器做降頻和鏡像訊號抑制。當混頻器閘極電壓為0.6V、LO驅動功率供給3 dBm時，在頻率為28 GHz有最大的轉換增益約為-6.4 dB，RF頻寬鏡像拒斥比在20 GHz ~ 28 GHz小於-40 dB，IF頻寬鏡像拒斥比在在3 GHz ~ 5 GHz小於-40 dB，當LO頻率固定在25 GHz、RF頻率固定在28 GHz，LO驅動功率為3 dBm， OP1dB約為-27.15 dBm，LO到IF還是LO到RF的隔離度都有在-50 dB以下，直流功率消耗約為19.6 mW，整體晶片面積佈局為1200 μm × 700 μm。Item 應用於5G行動通訊之毫米波可變增益放大器設計(2022) 陳易廷; Chen, Yi-Ting行動通訊系統的需求日益增加，毫米波的研究發展逐漸被重視，其中更高速的傳輸速率、更寬的頻寬以及低延遲的優點，使其更受到矚目。本論文設計兩顆應用於毫米波頻段的電路，第一個電路為28 GHz可變增益放大器，設計一傳統收發機中的可變增益放大器，使用一級 電流控制架構搭配基極偏壓技術，以達成高可變增益範圍的電路，此顆電路在28 GHz時增益S21約為20.76 dB，可變增益範圍約9.25 dB， OP1dB約為0.425 dBm，整體功率約為20.4 mW。整體晶片佈局面積為420 μm × 630 μm。第二顆電路將應用相位陣列天線中，有別於第一顆放大器，此電路更要求相位差，使用一級電流控制架構搭配基極偏壓技術，以達成高可變增益範圍的電路，在可變增益範圍維持的情況使用共振腔及相位反轉技術達到低相位變化，此外第二顆電路涵蓋大部分毫米波頻段，在這顆電路中，成功地實現 27GHz ～ 43 GHz 增益大於15 可變增益範圍大於 8 且相位差低於 5 度的要求。Item 28 GHz I/Q調變器與單邊帶混頻器設計(2022) 魏庚生; Wei, Geng-Sheng隨著第五代行動通訊技術的發展，毫米波升降頻收發機扮演著重要的角色，其中發射機需將基頻訊號升頻至毫米波頻段後，再透過相位陣列(Phased Array)天線進行無線傳輸，因此調變器與混頻器成為不可或缺的元件。近年來得益於互補式金氧半導體製程(CMOS)的進步，CMOS具有低功率消耗、低成本及高整合度的優勢，且已經可以與大部分的射頻電路整合在一塊。本論文將使用TSMC 90-nm CMOS RF製程與TSMC 65-nm CMOS RF製程，設計實現28 GHz I/Q調變器與單邊帶混頻器。第一個電路為28 GHz I/Q調變器，以I/Q調變訊號的方式饋入兩顆混頻器來消除鏡像訊號，並透過加入匹配來達成寬頻的鏡像拒斥比。量測與模擬之特性貼近。當電晶體偏壓為0.35 V，LO驅動功率為3 dBm時，頻帶為25~32 GHz，增益範圍為-9.4 ± 0.5 dB，鏡像拒斥比則有-30 dBc，整體晶片佈局面積為730 μm × 700 μm。第二個電路為28 GHz單邊帶混頻器，藉由給予兩顆混頻器正交訊號，將相位差180°的輸出訊號合成後，會達到鏡像抑制之功能。由於LO端匹配電容對於製程變異相當敏感，因此最後實現的單邊帶混頻器有頻飄的狀況。當電晶體偏壓為0.35 V，LO驅動功率為3 dBm時，頻帶為23~28 GHz，增益範圍為-22.5 ± 0.5 dB，鏡像拒斥比則有-30 dBc，整體晶片佈局面積為755 μm × 730 μm。Item 38 GHz 單邊帶混頻器與可變增益放大器設計(2021) 鄭伊佐; Cheng, Yi-Tso隨著5G行動通訊發展，在相位陣列架構的射頻收發器中，混頻器與可變增益放大器為重要元件。而CMOS具有高整合度、低功率消耗、及低成本的優勢，因此本論文使用標準 65nm CMOS 1P9M製程，實現38 GHz單邊帶混頻器與可變增益放大器。第一個電路為38 GHz單邊帶混頻器，藉由準確的饋入兩顆混頻器正交訊號，將兩個相差180°的輸出訊號合成後，達到寬頻鏡像抑制之功能。當電晶體偏壓為0.4 V，頻帶為31 ~ 40 GHz，增益範圍為-19.8 ± 0.5 dB，鏡像抑制在40 dB的範圍為35~ 40 GHz，整體晶片佈局面積為0.72 mm × 0.8 mm。第二個電路為38 GHz低相位變化之可變增益放大器，採用兩級的電流控制架構，透過數位控制與相位補償技術來維持低相位變化，並加入基極偏壓來提升可變增益範圍。當供應電壓Vdd為1.2 V，在38 GHz有最高增益14.84 dB，可變增益範圍則有14.76 dB，相位誤差為4.62°，整體功率消耗約為20.4 mW，整體晶片佈局面積為0.46 mm × 0.68 mm。