超宽带电流模式无线通信射频接收机前端关键技术研究

Along with the gradual shrink of CMOS technology node, the design difficulty of RF and analog integrated circuits is greatly increased, performance gradually becomes poor, dynamic range can be obtained smaller and smaller, SNR is getting worse. With the rapid development of wireless communication, the research of a SAW-LESS, ultra-wideband, low-noise, high-linearity receiver, which will be compatible with a variety of wireless communication protocol, is the urgent demand of technique development in the future...This project will study a fully current-mode solution of receiver front-end, make full use of the advantage of current mode circuits, such as wide dynamic range, low power supply, small distortion, low sensitivity for switching noise etc....This project will research the noise-cancelling technology based on low power supply, linearity enhancement technology and analog baseband integrated technology, to solve the contradiction between the design of ultra-wideband, low-voltage, low-noise, high-linearity, greatly improve the receiver performance...This project will design an ultra-wideband high-performance current-mode receiver front end chip based on low power-supply nano-meter CMOS process.

随着CMOS工艺节点逐渐缩小，射频模拟集成电路的设计难度大大增加，所能获得的动态范围越来越小，系统的信噪比越来越差。而在无线通信飞速发展的今天，研究能够兼容多种通信协议的SAW-LESS、超宽带、低噪声、高线性度的无线通信接收机是未来技术发展的迫切需求。.. 本项目将研究全电流模式的接收机前端电路解决方案，充分利用电流模电路的摆幅大、所需工作电压低、失真小、对开关噪声的敏感度低等优点；研究低电源电压下的噪声消除技术、线性度改进技术、模拟基带集成技术，解决设计中超宽带、低电压、低噪声、高线性度的矛盾，大幅提高接收机前端的性能。在低电压纳米CMOS工艺上，设计一颗超宽带高性能全电流模无线通信接收机前端芯片，在学术上具有重要的研究价值，是未来几年内低功耗无线通信接收机芯片设计技术的发展趋势。

当前，个人移动通信的发展速度日新月异，个人无线通信终端需要兼容已有的不同工作频率、不同带宽的通信协议，并具有向前覆盖未来无线通信协议的技术潜能。这给射频电路提出了严峻的挑战。另一方面，随着CMOS工艺节点逐渐缩小，射频模拟集成电路的设计难度大大增加，所能获得的动态范围越来越小，系统的信噪比越来越差。. 在无线通信飞速发展的今天，研究能够兼容多种通信协议的SAW-LESS、超宽带、低噪声、高线性度的无线通信接收机是未来技术发展的迫切需求。. 本项目主要研究全电流模式的接收机前端电路解决方案，充分利用电流模电路的摆幅大、所需工作电压低、失真小、对开关噪声的敏感度低等优点；研究低电源电压下的噪声消除技术、线性度改进技术、模拟基带集成技术，解决设计中超宽带、低电压、低噪声、高线性度的矛盾，大幅提高接收机前端的性能。. 最后，基于中芯国际（SMIC）的55nm CMOS工艺，实现了满足设计要求的超宽带高性能全电流模无线通信接收机前端芯片。第一版芯片为具有高线性度和可配置的一阶阻抗映射接收机前端电路结构。在不额外增加片外器件的情况下，合理地将四相无源混频器的阻抗映射与低噪声放大器的有源负反馈相结合，使得基带阻抗映射到射频端，在接收机前端实现高品质因数的带通特性，增加了射频前端的抗带外干扰能力。第二版芯片为带有二阶阻抗映射的双混频结构的接收机，该接收机和第一版芯片具有相同的频带覆盖范围和带宽模式。相比于一阶阻抗映射前端电路，此结构的改进在于射频输入端额外增加了一个并联四相无源混频器支路，并且提升基带跨阻放大器的阶数。该跨阻放大器的输入阻抗和增益都具有二阶特性，并将该特性映到射频端，使其近带处的带外抑制能力有效增强。在射频端采用双混频结构，在不牺牲增益的基础上对带外干扰信号和噪声进行部分抵消，进一步提高了接收机的性能。. 通过相关研究结果可以看出，本项目在学术上具有重要的研究价值，是未来几年内低功耗无线通信接收机芯片设计技术的发展趋势，并且给后续超宽带电流模式无线通信射频接收机前端的研究提供了思路。