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 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。