W=20X12 1.5 kΩ
430fF
2.3.3
晶片量測結果C onv e rs ion G a in ( dB )
LO power (dBm)
IF=100 kHz
N oi s e Fi gur e ( dB )
Measurement Gain Post_Sim Gain
IF=100 kHz
C onv e rs ion G a in ( dB )
RF Frequency (GHz)
4
1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 25
30 35 40 45 50 55
Measurement Post-Sim IF=200 kHz
Conversion Gain (dB)
RF_Vctrl (V) 圖(2.33) 轉換增益對 VTRF
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0
Measurement Post_Sim
Input Return Loss (dB)
RF Frequency (GHz) 圖(2.34) 輸入返回損耗
-70 -60 -50 -40 -30 -20 15
20 25 30 35 40 45 50
VTIF=1.8 V VTIF=0.9V VTIF=0.84 V
C onv e rs ion G a in ( dB )
RF Power (dBm)
圖(2.35) 轉換增益對 RF 功率(一)
-70 -60 -50 -40 -30
20 25 30 35 40 45 50
VTRF=0.84 V VTRF=1.88V VTRF=2.2 V
C onv e rs ion G a in ( dB )
RF Power (dBm)
圖(2.36) 轉換增益對 RF 功率(二)
25 30 35 40 45 50 55 -50
-45 -40 -35 -30 -25 -20
IIP1 (f1) IIP3(2f2-f1) IIP2(f2-f1)
IF P ow e r ( dB m )
Gain (dB)
VTRF=0V f1=100 kHz
f2=120 kHz
圖(2.37) 線性度表現對增益
4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 10
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
LO-to-RF Isolation LO-to-IF Isolation LO power= 10.68 dBm
LO -t o- R F/ IF I s ol a ti on ( dB )
LO Frequency (GHz)
圖(2.38) 隔離度對 LO 頻率
100k 1M 10M 100M 5
10 15
N oi s e Fi gur e ( dB )
IF Frequency (Hz)
V0=1.4V V1=1.6V V2=1.75v
圖(2.39) 雜訊指數對 IF 頻率
0.1 1 10 100
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
Measurement @ VTRF= 2 V Measurement @ VTIF= 0.95V Measurement @ VTIF= 0.86V Post-Sim Vctrl=2V
with 50Ω Load
C onv e rs ion G a in ( dB )
IF Frequency (MHz)
圖(2.40) 增益對 IF 頻率
4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 1.0
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0
P h ase_er ro r ( d eg ree)
Measurement (diff_amp) IF=100 kHz
D if f_ a m pl it ude ( dB )
RF Frequency (GHz)
-15 -10 -5 0 5 10 15
Measurement (diff_phase)
圖(2.41) I/Q 振幅與相位不對稱對 RF 頻率
圖(2.42) I/Q 通道輸出波形
圖(2.43) 晶片圖(1.25 X 1)
2.3.4
結果與討論利用 CMOS 製程設計的低雜訊接收機如上圖，整體增益大約是 在 50dB 左右，整體面積大約是在 1.25X1 mm2。利用覆蓋型變壓器澸 少了面積的損耗，在兩個變壓器和一個電感整體面積仍然是在偏大的 情況。
在 s 參數方面，應該是一個 宽頻的匹配，覺得是在輸入阜的變壓 器的關係，使得阻抗有往低阻抗走的趨式，不然應該是像 post_sim 一 樣是個寛頻的匹配，在隔離度上，LO-RF 的隔離度大約是在 70~80dB 之間，跟 2.4GHz 比較起來，5.8GHz 時基板的隔離會較不好，但因為 兩級 LNA 的關係隔離度是一個能接受的值，可以發現其實基板的隔
離度在 5.8GHz 的頻段還不會主宰。
在線性度方面，IP1dB 大約是在-50dBm 左右，但 OP1dB 則在 0dB 附近，這跟文獻的比較上來看是一個差不多的一個值。而 IIP3dB 則 在-40dB 左右，但隨著增益往下掉的時候，IIP3dB 和 IP1dB 皆有上昇 的趨式，而在增益掉 10dB。IIP3dB 則在大約-25dBm 左右，這個值有 符合到我們想要的 SPEC.。雜訊指數的方面，在頻譜上則是沒有看到 顫抖雜訊，這跟前節所描述的關閉重疊(Off Overlap)的區間是有關係 的，熱雜訊方面則大約是在 5~6dB 之間。整體的電流損耗大約是在 5.2mA 左右。
Item Pre Simulation Measurement Supply Voltage (V) 1.8
Conversion Gain (dB) 55 50 RF Bandwidth (GHz) 5.4-5.6 5.1-6.2
IF Bandwidth (MHz) 25 25
NF (dB) 4.6 6.5
IP1dB (dBm) -50 -48 IP2dB (dBm)@Highest
Gain -- -37
IP3dB (dBm)@Highest
Gain -40 -32
LO-to-RF Isolation(dB) -- 75 Current Consumption (mA) 4.5 5.2
Power Consumption (mW) 8.1 9.36 Chip Size (mm×mm) 1.25 x 1
表2.2 5.8GHz 利用變壓器設計接收機表現整理
2.4
電路實作 2.4GHz 利用變壓器設計接收機2.4.1 前言
IEEE802 制定委員會在過去幾年分別制定了一些協定，在個人區 域網路上(如 IEEE802.11a，IEEE802.11b....)，這些頻段特點都是低消 耗功率，較短的通訊距離，最主要就是這些大部份都是操作在 2.4GHz 附近的頻率。降低消耗功率可使電路的使用時間延長，當然這勢必對 一些電路的特性做一些取捨，如在線性度，雜訊，增益...等方面。因 此在這邊則需一些考量。
2.4.2 電路設計 電路設計考量
電路設計方面，其實與上一節電路差不多。只是在 LNA(低雜訊 放大器)部份改為一級的疊接放大器，後級其電路所貢獻的雜訊是很 需要前級較大的增益來抑制的，但在考慮到整體的功率消耗及增益。
經過模擬驗證後，一級放大器就足夠了。其電流消耗也跟著降低了。
而在 LNA 和混頻器相接的部份也是採用變壓器當做巴倫(Balun)，可 以使用雙平衡式的混頻器，則 LO 到 IF 的隔離度會比較好，且因為 是被動混頻器的關係，不管是單平衡式或是雙平衡式的。其都不會損 耗電流。而在基頻電路方面則是和上節電路一樣。