基于CMOS工艺的低噪声、高增益混频器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种低噪声、高增益的混频器.通过在吉尔伯特单元中的跨导级处引入噪声抵消技术以降低混频器的噪声;并且在开关管的源级增加电流注入电路的基础上并联一个电容与开关管共源节点处的寄生电容谐振,进一步降低混频器的噪声,增大电路的增益.仿真结果表明,在本振（LO）频率为2.395 GHz,射频（RF）频率为2.4GHz时,混频器的增益为14.2dB,双边带噪声系数为5.9dB,输入三阶交调点为-3.2dBm.混频器工作电压1.8V,直流电流为8mA.     

2.45 GHz有源标签接收机中的下变频混频器

设计了一种用于2.45 GHz有源标签接收机的低中频正交下变频混频器。改进了传统的吉尔伯特结构, 采用了共享跨导正交结构和电流注入技术, 以提高混频器的增益, 减小混频器的噪声。该混频器采用UMC 0.18 μm CMOS工艺设计。仿真结果表明, 该混频器在1.8 V电压下, 电流消耗为3.1 mA, 转换增益为17.18 dB, 输入1 dB压缩点Pin-1dB与输入3阶截点IIP3分别为-13.5 dBm, -3.23 dBm, 在2 MHz中频下的噪声系数为14 dB。     

一种高性能宽带直接变频射频前端设计

提出一种宽带(250 MHz~4.7 GHz)无电感BiCMOS射频前端结构,包含低噪声跨导放大器(LNTA)、带电阻无源混频器和跨阻级。低噪声跨导放大器使用了噪声和线性度消除技术,例如输入交叉耦合结构、互补输入和电流复用技术。带电阻无源混频器采用退化电阻来提高线性度。仿真结果表明, 当电源电压为3.3 V时,总电流为9.38 mA, 噪声系数为9.8 dB(SSB),电压转换增益为20 dB,输入3阶交调为+11.8 dBm。     

一种应用于LTE直接变频无声表滤波器接收机的1.2-V CMOS前端设计

本文提出了一种应用于LTE直接变频接收机的CMOS射频前端电路。电路由低噪声跨导放大器（LNA）,电流型无源混频器和跨阻运算放大器（TIA）组成,该结构对于LTE多频带应用具有高集成,高线性,并实现简单的频率配置。电路采用多个电流舵跨导级实现了大的可变增益控制范围。电流型无源混频器采用25%占空比本振改善了电路增益、噪声和线性性能。为了抑制带外干扰,采用直接耦合电流输入滤波器。该射频前端电路采用0.13-μm CMOS工艺设计制造。测试结果表明电路在2.3GHz到2.7GHz工作频率范围,具有45dB电压转换增益,噪声系数为2.7dB,IIP3为-7dBm以及校准后的IIP2为 60dBm。电路采用1.2V单电压供电,整个电路工作电流为40mA。     

一种K波段高增益低噪声折叠式双平衡混频器

基于130 nm RF CMOS工艺,设计了一种适用于K波段的高增益低噪声折叠式下变频混频器。采用折叠式双平衡电路结构,混频器的跨导级和开关级可以在不同的偏置条件下工作,为优化两级的噪声提供了极大的自由度。采用电流复用技术,混频器的转换增益和噪声系数得以显著改善。后仿真结果表明,该混频器在本振功率为-3 dBm时,实现了27.8 dB的转换增益和7.36 dB的噪声系数。在射频信号为24 GHz处的输入1 dB压缩点P1dB为-18.8 dBm,本振端口对射频端口的隔离度大于60.2 dB。该电路工作于1.5 V的电源电压,总直流电流为12 mA,功耗为18 mW。该混频器以适中的功耗获得了极高的整体性能,适用于低功耗、低噪声24 GHz雷达接收机。     

一种高线性度低噪声下变频混频器

采用SMIC 0.18 μm RF CMOS工艺,设计了一种高线性度、低噪声下变频混频器。通过分析跨导级电流3阶展开项系数,优化跨导级偏置电压,在跨导级与开关级之间增加谐振频率为射频信号频率的LC并联谐振电路,在提高电路线性度的同时优化了信噪比。后仿真结果表明,在射频频率为1.575 GHz,本振频率为1.571 GHz,中频频率为4 MHz时,本振功率为0 dBm,电压转换增益为19.22 dB,输入3阶交调点为21.93 dBm,单边带噪声系数为11.74 dB。混频器工作电压为1.8 V,功耗为3.66 mW,核心电路版图面积为0.207 5 mm²。     

一种应用于多模多标准接收机的CMOS宽带电流换向无源混频器的设计

本文报告了一种应用于直接变频多模多标准接收机的宽带无源混频器的设计。本文首先比较了电流换向无源混频器和传统有源混频器的优缺点,然后分析了无源混频器开关级的源阻抗和负载阻抗对其线性度的影响。特别的,本文分析了电流跨阻放大器的输入阻抗对混频器线性度的影响。我们基于CMOS 0.18 μm 工艺设计了一个电流换向无源混频器来验证我们的分析。该电路无电感,并可以宽带工作。在芯片测试结果表明,当射频端输入频率为700 MHz 到2.3 GHz时,混频器可以实现21 dB的变频增益,输出中频带宽为10 MHz。测量的输入三阶截点为9dBm, 输出中频为10MHz处的双边带噪声系数为10.6 dB.芯片面积为0.19 mm2。芯片从1.8V电源上抽取电流5.5 mA.     

2.4GHz可变增益CMOS跨阻放大器设计

设计了一种2.4 GHz低功耗可变增益跨阻放大器.该放大器为两级放大结构,主要应用于电流模式发射机后端的电流-电压信号转换及放大.第一级放大使用电流复用结构,第二级放大使用共源共栅差分结构.通过控制第一级的跨阻式反馈电阻的大小及第二级偏置电压的大小,在基本不影响输入、输出匹配的情况下,可以得到连续15 dB的增益变化范围.在2.4 GHz及高增益模式下,增益可达18.27 dB,噪声仅为1.061 dB,功耗也仅为6.38 mW.     

一种超外差低中频接收机射频前端的设计

介绍了一种应用于5.8GHz频段的专用短距离无线通信接收机前端,采用超外差低中频正交架构,通过合理规划接收机前端两次混频的频率可以有效解决镜像干扰和两条正交通路的失配。该前端包括低功耗的噪声抵消的低噪声放大器,其负载采用电容电感谐振电路,谐振频率可调,并具有一定的工艺稳定性。第一次混频采用电压模式无源混频器,第二次混频采用电流模式无源混频器。提出了一种简单有效的用于混频开关的偏置电路,射频混频开关采用反馈的方式确定偏置电压,中频混频开关的直流电压利用跨阻放大器的输出共模电压分压得到。芯片于TSMC 180nm工艺下流片,前端电路的有效面积为0.1mm2,整个链路的接收灵敏度达到-65dBm,接收数据率可以达到256kbps,在1.8V的工作电压下,消耗10.8mA的电流。     

CMOS低功耗3-5GHz超宽带接收机射频前端

本文介绍了一种新的低功耗射频接收机前端, 适用于3-5GHz的超宽带系统. 基于0.13µm CMOS工艺实现, 该直接转换式接收机由宽带噪声抵消结构的跨导输入级, 正交无源混频器和跨阻负载放大器组成. 测试结果显示该接收机在整个3.1-4.7GHz 频带范围内的输入反射系数小于-8.5dB, 转换增益27dB, 噪声系数4dB, 输入三阶交调点-11.5dBm, 输入二阶交调点33dBm. 工作在1.2V电源电压下, 整个接收机共消耗18mA电流, 其中包括10mA用于片上正交本振信号产生和缓冲电路.芯片面积为1.1mm×1.5mm.     

新型电流控制电流传输器

提出了一种新型电流控制电流传输器(CCCII)电路。该CCCII电路由跨导线性环电路和双极性Wilson电流镜构成。为实现该新型CCCII电路,还提出了双端输出的双极型Wilson电流镜。该CCCII电路具有输出阻抗高、电压及电流传输精度高、易于实现、便于集成等优点。文中分析了电路的工作原理,给出了实验结果,验证了电路的正确性。     

基于CC多输入单输出电流模式滤波器

为了实现结构简单、便于集成的三输入单输出电流模式滤波器,提出了三输入单输出电流模式滤波器的信号流图。用CC(第二代电流传输器)及多端输出的电流镜实现了该信号流图,得到一个由CC及电流镜共同构成的电流模式滤波器。该滤波器由2个CC、1个三端输出的电流镜及4个RC元件构成,能方便地实现5种滤波器输出。该滤波器可用于通信、电子测量与仪器仪表中的信号处理。硬件实验结果表明提出的电路是正确的。     

一种高精度电流检测电路的设计

针对常用电流模式的升压转换器结构,提出了一种高精度电流检测电路。该电路在保证响应速度的前提下,通过增加电路环路增益,降低误差源等方法,提高检测电路的电流检测精度。与其他结构电路相比,有结构简单,响应速度快,电流检测精度高的优点。基于Chartered的0.35μm的3.3V/13.5V CMOS工艺,使用Spectre仿真器,对该电路进行了仿真与验证。结果证明,在输入电压为2.5V～5.5V,电感电流为100mA～500mA,工作频率为1MHz的情况下,能够正常稳定工作,并且电流精度高达93%。     

基于CCⅡ多输入单输出电流模式滤波器

为了实现结构简单、便于集成的三输入单输出电流模式滤波器,提出了三输入单输出电流模式滤波器的信号流图。用CCⅡ（第二代电流传输器）及多端输出的电流镜实现了该信号流图,得到一个由CCⅡ及电流镜共同构成的电流模式滤波器。该滤波器由2个CCⅡ、1个三端输出的电流镜及4个RC元件构成,能方便地实现5种滤波器输出。该滤波器可用于通信、电子测量与仪器仪表中的信号处理。硬件实验结果表明提出的电路是正确的。     

Bias Current Generators with Wide Dynamic Range

Mixed-signal or analog chips often require a wide range of biasing currents that are independent of process and supply voltage and that are proportional to absolute temperature. This paper describes CMOS circuits that we use to generate a set of fixed bias currents typically spanning six decades at room temperature down to a few times the transistor off-current. A bootstrapped current reference with a new startup and power-control mechanism generates a master current, which is successively divided by a current splitter to generate the desired reference currents. These references are nondestructively copied to form the chip’s biases. Measurements of behavior, including temperature effects from 1.6 and 0.35 μ implementations, are presented and nonidealities are investigated. Temperature dependence of the transistor off-current is investigated because it determines the lower limit for generated currents. Readers are directed to a design kit that allows easy generation of the complete layout for a bias generator with a set of desired currents for scalable MOSIS CMOS processes.Tobi Delbrück is a group leader at the Inst. of Neuuroinformatics (INI), part of ETH Zurich and the University of Zurich, Switzerland. His main interest is in developing application-specific low-power vision sensor chips. In 1993 he graduated with a PhD in Computation and Neural Systems from Caltech, where he worked in Carver Mead’s laboratory. He co-invented with Mead a widely-used adaptive photoreceptor circuit and invented the bump circuit. Subsequently he worked for several years for Arithmos, Synaptics, National Semiconductor, and Foveon, where he was one of the founding employees. In 1998 he moved to Switzerland to join INI. In 2002 he was lead developer of a tactile luminous floor used in INI’s exhibit “Ada: Playful Intelligent Space” experienced by more than a half million visitors to the Swiss National Exhibition. He has been awarded 7 patents, and has written or coauthored 8 journal papers, 14 peer-reviewed conference papers, 4 book chapters, and 1 book.André van Schaik obtained his M.Sc. in electronics from the University of Twente in 1990. In 1991–1994he worked at CSEM, Neuchâtel, Switzerland, in the Advanced Research group of prof. Eric Vittoz. In this period he designed several analogue VLSI chips for perceptive tasks, some of which have been industrialised. A good example of such a chip is the artificial, motion detecting, retina in Logitech’s Trackman Marble TM.From 1994 until 1998, he was a research assistant and Ph.D. student with Prof. Vittoz at the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL). The subject of his Ph.D. research was the development of analogue VLSI models of the auditory pathway. In 1998 he was a post-doctorate research fellow at the Auditory Neuroscience Laboratory at the University of Sydney.In April 1999 he became a Senior Lecturer in Computer Engineering for the School of Electrical & Information Engineering at the University of Sydney. He is now a Reader in the same School and Head of the Computing and Audio Research Laboratory. His research interests include analogue VLSI, neuromorphic systems, wireless sensor networks, human sound localisation, and virtual reality audio systems.     

基于复合管改进型电流镜的CCCⅡ电路

提出了一种新型的电流控制第二代电流传输器电路。该电路由6个复合管改进型电流镜和1个跨导线性环组成,该电路的电流传输精度远高于基于基本电流镜和级联电流镜实现的电流控制第二代电流传输器(CCCII)的电流传输精度。对电路原理进行了分析,并进行了硬件实验,实验结果表明频率在0～1.3MHz范围内能很好地满足CCCII的电流和电压特性关系,从而证明提出的电路是正确的。     

基于复合管改进型电流镜的CCCII电路

提出了一种新型的电流控制第二代电流传输器电路。该电路由6个复合营改进型电流镜和1个跨导线性环组成．该电路的电流传输精度远高于基于基本电流镜和级联电流镜实现的电流控制第二代电流传输器（CCCII）的电流传输精度。对电路原理进行了分析，并进行了硬件实验，实验结果表明频率在0-1．3MHz范围内能很好地满足CCCII的电流和电压特性关系，从而证明提出的电路是正确的。     

脉冲激光电源中电流可编程的实现

本文介绍了一种用于脉冲激光电源的新型电流可编程控制操作系统。该系统采用上下位机的方式实现电流波形的输入、显示、存储及D/A输出。就系统的实现给出了硬件框图、软件流程图以及部分源程序。     

紫峰大厦雷电流全波测量研究

雷电流是描述闪电放电最重要的物理量,对于雷电防护相关研究意义重大,因此,雷电流测量一直是雷电研究领域的基础性工作。为了获得自然雷电流全波波形,在南京第一高楼紫峰大厦(约450 m)楼顶的避雷针处安装了一套雷电流全波测量系统,用于长期检测雷击建筑物回击电流和建筑物上行先导电流。该系统包含两套子系统,分别由雷电流传感器、数据传输系统、数据采集系统、远程控制系统构成,能够同时测量回击电流和建筑物上行先导电流,对国内特别是华东地区高塔自然雷电流研究具有重大意义。首先对所安装的雷电流测量系统进行了介绍,对测得的两组上行先导电流波形进行了全面分析,得出高建筑物上行先导电流波形的相关特征。     

一种海洋表面矢量流图生成算法的研究

针对海洋动力学重要参数－海流,利用两台雷达的海洋表面径向流图,来生成海洋表面矢量流图的算法,并给出计算机模拟的结果。结果表明,该算法获得的海洋表面矢量流场效果良好,达到了工程应用的预期效果。