學位論文
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Item 毫米波寬頻鏡像訊號抑制接收機設計(2022) 何泰廷; He, Tai-Ting隨著毫米波頻段的發展，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。由於互補式金氧半導體製程(CMOS)的進步，使得CMOS具有低功率消耗、低成本及高整合度的優勢。本論文將使用標準65-nm 1P9M互補式金屬氧化物半導體製程(Standard 65-nm 1P9M CMOS process)，實現28 GHz鏡像訊號抑制降頻器與2-6 GHz可變增益放大器，最後整合兩電路，實現寬頻鏡像訊號抑制接收機。第一個電路為28 GHz鏡像訊號抑制混頻器，為一種降頻器。將RF訊號和LO訊號混和成IF訊號，使用的技術為I/Q訊號調變(I/Q Modulator)。RF訊號使用威爾京生功率分配器(Wilkinson Power Divider)將訊號分配到I 路徑和Q 路徑降頻器，並且藉由給予兩顆混頻器LO正交訊號和RF訊號，將兩個訊號透過馬相巴倫轉成四相位訊號合成。輸出IF端使用多相位濾波器(Poly Phase Filter)將四相位輸出訊號合成差動訊號。當電晶體閘極偏壓為0.3 V，LO驅動功率為3 dBm時，頻帶為24 ~ 27 GHz，轉換增益(Conversion Gain)範圍為-24 ± 0.3 dB，鏡像拒斥比(Image Rejection Ratio)皆小於-30 dBc。1-dB增益壓縮點之輸入功率〖IP〗_1dB約為-2 dBm。整體功率消耗約為0 mW。整體晶片佈局面積為745μm×770μm(含PAD)和620μm×660μm(不含PAD)。 第二個電路為2-6 GHz可變增益放大器，第一級為電壓緩衝放大器(Voltage Buffer)，電路核心使用Inverter Buffer，第二級使用共源級組態(Common Source Mode)。可變方式採用電流控制架構(Current Steering)，透過類比控制技術，使放大器增益可變。當供應電壓V_DD為1.2 V且V_C= 0 V時，增益約為5.29 dB ~ 20.82 dB，可變增益範圍約有15.53 dB。1-dB增益壓縮點之輸出功率〖OP〗_1dB約為3.8 dBm。整體功率消耗約為43.2 mW。整體晶片面積為665μm×770μm(含PAD)和545μm×595μm(不含PAD)。第三個電路為毫米波寬頻鏡像訊號抑制接收機，由上述兩電路整合實現鏡像訊號抑制接收機。將混頻器混頻後的結果透過可變增益放大器放大，並透過可變技術配合系統產生不同轉換增益，讓此系統有足夠的轉換增益(Conversion Gain)。當電晶體閘極偏壓為0.3 V，LO驅動功率為3 dBm，供應電壓V_DD為1.2 V且V_C= 0 V時，頻帶為23 ~ 29 GHz，轉換增益(Conversion Gain)範圍為-0.5± 0.5 dB，鏡像拒斥比(Image Rejection Ratio)在此頻段皆小於-30 dBc。1-dB增益壓縮點之輸入功率〖IP〗_1dB約為-1 dBm。整體功率消耗約為43.2 mW。整體晶片面積為1405μm×770μm。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。