60GHz低功耗接收机与40GHz锁相环的设计

摘要

近年来，用CMOS实现全集成的毫米波收发器已经成为一个非常热门的话题。由IEEE802.15.3c标准所规定的60GHz WPAN(无线个人局域网)能够支持10米内超过1Gbps的传输速度。得益于60GHz处非常宽的可用带宽，简单的OOK调制（二进制启闭键控）就可以提供1Gbps以上的传输速度。超高速短距离无线传输的出现大大增强了高速无线局域网通信的需求，使短距离超高速传输变得非常有前景。对于此应用，作为载频，毫米波无疑是非常好的接班者。更重要的是，工作在毫米波频段的电路往往占有更小的硅片面积，有利于大量的生产。
　　论文的第二章总结了CMOS了目前主流的无线收发器架构，比如应用于无线局域网(WLAN)工作在2.4/5GHz频段的802.11b/a/g标准，以及应用于无线个人局域网（WPAN）的802.15.3c标准。简单的OOK调制更加适合60GHz短距离传输。因为它在射频前端集成了调制器和解调器，消除了数字接口电路和数字基带电路。
　　论文的第三，第四章则重点介绍了OOK接收机的电路设计，其中包括了60GHz变压器反馈的低噪声放大器以及OOK解调器的设计。OOK接收机是由Global Foundries 65-nm CMOS工艺实现。测试结果低噪声放大器有12dB的增益，并且功耗为15mW。OOK解调器可以达到1Gbps的传输速率，功耗为11mW左右，不包括用来测试的输出缓冲电路。此外，还包括了60GHz的压控振荡器以及一个2.1-39GHz宽带放大器的设计。
　　论文第五章中主要介绍用在二次变频收发机的40GHz锁相环的设计。40GHz锁相环有38-42GHz的锁定范围，环路频宽设计在2兆赫兹用以压制160MHz左右的时钟馈通，带内的相位噪声在-102dBc以下。
　　最后，论文的第六章是对于基于65-nmCMOS设计的总结和展望以及60GHz应用在未来的巨大前景。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 60 GHz无线传输简介

1．2 60 GHz无线传输技术的优点

1．3 论文主要内容

第二章 60 GHz OOK接收机的架构

2．1 主流接收机方案

2．2 60 GHz射频前端接收机方案

第三章 60 GHz低噪声放大器的设计

3．1 低噪声放大器设计简介

3．2 基于变压器反馈的60 GHz低噪声放大器的设计

3．3 测试结果

3．4 2．1-39 GHz自偏置低噪声放大器的设计

第四章 OOK解调器设计

4．1 OOK调制和自混频原理简介

4．2 OOK解调器的设计

4．3 60 GHz注入锁定振荡器的设计

第五章 40 GHz锁相环设计

5．1 锁相环简介

5．2 锁相环环路设计

5．3 整数分频锁相环的相位噪声模型

5．4 压控振荡器

5．5 鉴频鉴相器

5．6 分频器及其它电路

5．7 仿真结果

5．8 测试结果

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

硕士在读期间研究成果