面向衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片設(shè)計(jì)

1、電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文面向衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片設(shè)計(jì)姓名：李學(xué)建申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：文光俊20090501摘要摘要本課題源于廣州潤(rùn)芯信息技術(shù)公司承擔(dān)的廣東省科技廳工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目“面向領(lǐng)域的核心芯片設(shè)計(jì)及其產(chǎn)業(yè)化中的“無(wú)線通信核心芯片專題。本論文深入研究了頻段應(yīng)用的各種基集成收發(fā)機(jī)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于波段的集成有低通濾波器、調(diào)制（上變頻）混頻器、可變?cè)鲆娣糯笃骱万?qū)動(dòng)放大器的衛(wèi)星導(dǎo)航終端發(fā)射機(jī)射頻前端芯片。根據(jù)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)射機(jī)指標(biāo)要求，以提高集成度、降低功耗和保留適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量為原則，本文給出了各子模塊的具體性能指標(biāo)要求，并采用工藝實(shí)現(xiàn)了各

2、模塊及集成的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片。采用有源濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了集成有片上調(diào)諧電路的四階切比雪夫低通濾波器，通過(guò)片外數(shù)字信號(hào)調(diào)諧因工藝角誤差造成的濾波器帶寬（）的變化，調(diào)諧范圍達(dá)到典型值的。該低通濾波器功耗低，在約的供電電流下，實(shí)現(xiàn)了較好的帶外抑制，在處帶外抑制大于。采用改進(jìn)的雙平衡單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高線性度調(diào)制混頻器，以四管交叉耦合結(jié)構(gòu)為跨導(dǎo)輸入級(jí)，諧振槽做負(fù)載。該混頻器在約的工作電流下，其抑制大于，本振抑制大于。采用控制信號(hào)轉(zhuǎn)換（）電路和溫度補(bǔ)償技術(shù)，解決了信號(hào)疊加型可變?cè)鲆娣糯笃髟诟咴鲆鏍顟B(tài)下偏離線性控制特性的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了的線性動(dòng)態(tài)范圍。驅(qū)動(dòng)放大器由差分對(duì)組成，發(fā)射極接差分電感，實(shí)現(xiàn)了增益及線性度之

3、間的折中，降低了接地寄生電感對(duì)驅(qū)放性能的影響。經(jīng)過(guò)放大的差分信號(hào)通過(guò)片上轉(zhuǎn)化為單端信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸出匹配電路輸出到歐姆負(fù)載。本文設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片采用直接上變頻架構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高?；诠镜幕に嚕诘湫凸に嚱?，電源電壓供電，工作溫度下，該芯片功耗約為，輸出功率大于，輸出壓縮點(diǎn)大于，本振抑制大于，三次諧波抑制大于。關(guān)鍵詞：發(fā)射機(jī)射頻前端，有源低通濾波器，混頻器，可變?cè)鲆娣糯笃鳎?qū)動(dòng)放大器（了，、（）、，二，（），勰，緬鋤，啪，坷，！：，獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)

4、發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示謝意。簽名：薹三函日期：。叩年月副日關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名：查釜建導(dǎo)師簽名：壘塑至薹：日期年孓月第一章緒論課題背景第一章緒論近

5、年來(lái)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已逐步成為全球性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，成為繼通信、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)也成為國(guó)家綜合國(guó)力的重要組成部分。世界主要大國(guó)出于經(jīng)濟(jì)和安全利益的考慮，紛紛建設(shè)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。除了美國(guó)的、俄羅斯的、我國(guó)的北斗一代和北斗二代、歐洲的伽利略，日本、印度也都宣布將建設(shè)各自的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。由于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)涉及政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域，對(duì)維護(hù)國(guó)家利益具有重大意義。從年起，我國(guó)開(kāi)始建設(shè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)一一北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到年底我國(guó)已成功發(fā)射了顆“北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星，建成了北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，也稱為第一代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)【】。該系統(tǒng)是中國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)

6、的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是除美國(guó)的、俄羅斯的之外的大第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三顆（兩顆工作衛(wèi)星、一顆備用衛(wèi)星）北斗定位衛(wèi)星（北斗一號(hào)）、地面控制中心為主的地面部分、北斗用戶導(dǎo)航終端三部分組成。三顆導(dǎo)航衛(wèi)星分別位于東經(jīng)。、。和。的赤道上空，每顆導(dǎo)航衛(wèi)星有個(gè)波束，其覆蓋范圍為東經(jīng)。，北緯。，能覆蓋我國(guó)全境及周邊地區(qū)，可向用戶提供全天候的即時(shí)定位服務(wù)。該系統(tǒng)集測(cè)量技術(shù)、定位技術(shù)、數(shù)字通信和擴(kuò)頻技術(shù)為一體，是一種全天候的覆蓋我國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航、定位、通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在服務(wù)區(qū)域內(nèi)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度，并提供雙向短報(bào)文通信和精密授時(shí)服務(wù)

7、。目前，系統(tǒng)已在測(cè)繪、電信、水利、公路交通、鐵路運(yùn)輸、漁業(yè)生產(chǎn)、勘探、森林防火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作用。北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與和系統(tǒng)最大的不同，在于它不僅能使用戶知道自己的所在位置，還可以告訴別人自己的位置在什么地方，即導(dǎo)航終端具有發(fā)射機(jī)，特別適用于需要導(dǎo)航與移動(dòng)數(shù)據(jù)通信場(chǎng)所，如交通運(yùn)輸、調(diào)度指揮、搜索營(yíng)救、地理信息實(shí)時(shí)查詢等。北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在國(guó)際電信聯(lián)盟登記的頻段為衛(wèi)星無(wú)線電定位業(yè)務(wù)頻段，上行為頻段（頻率：），下行為頻段（頻率：電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文）。其定位精度可達(dá)的同步精度。北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的出站信號(hào)包括由中心控制系統(tǒng)經(jīng)衛(wèi)星至用戶終端機(jī)的信道傳輸和信息在信道中的傳

8、輸方式兩部分。出站信號(hào)設(shè)計(jì)成為偽隨機(jī)碼直接序列擴(kuò)頻（雙信道調(diào)制方式），采用連續(xù)幀結(jié)構(gòu)信息傳輸方式，其中作為正交方式的、兩個(gè)支路的信號(hào)功率可根據(jù)實(shí)際使用情況做出調(diào)整。目前我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品應(yīng)用的核心功能射頻芯片，特別是集成式射頻前端芯片主要源于進(jìn)口，只有很少一部分單功能射頻電路芯片國(guó)內(nèi)能夠自主研發(fā)，形成了國(guó)內(nèi)整機(jī)廠商大量采用國(guó)外商用或工業(yè)級(jí)衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端射頻芯片的局面，導(dǎo)致了我國(guó)導(dǎo)航整機(jī)與系統(tǒng)的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等指標(biāo)長(zhǎng)期滯留在較低水平上，很大程度上限制了這些整機(jī)和系統(tǒng)性能的提升。同時(shí)，一些軍用高端衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備所需的關(guān)鍵射頻芯片又被西方禁運(yùn)，從而制約著我國(guó)高性能高精度衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品的開(kāi)

9、發(fā)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，我國(guó)必須開(kāi)展面向北斗一代二代衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的射頻芯片設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新研究，盡快形成這方面的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破國(guó)際上的技術(shù)壟斷和封鎖，以滿足交通、通信、電力、遠(yuǎn)洋、國(guó)防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苄l(wèi)星導(dǎo)航終端射頻芯片及終端產(chǎn)品的巨大需求。同時(shí)廣闊的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)民用市場(chǎng)對(duì)物美價(jià)廉的終端射頻芯片的需求也是相當(dāng)迫切，市場(chǎng)規(guī)模巨大。隨著無(wú)線通信技術(shù)和工藝向亞微米、深亞微米發(fā)展，傳統(tǒng)的基于分離元件的混合集成電路技術(shù)逐漸被單片集成電路技術(shù)取代。應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基射頻前端集成收發(fā)機(jī)芯片已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)，集成收發(fā)機(jī)芯片產(chǎn)業(yè)占據(jù)了無(wú)

10、線產(chǎn)品市場(chǎng)極大的份額。但是單片集成收發(fā)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)專利幾乎全為國(guó)外公司和研究機(jī)構(gòu)所擁有，國(guó)內(nèi)這方面的研究比較落后，受限于知識(shí)產(chǎn)權(quán)，中國(guó)無(wú)線通信產(chǎn)品市場(chǎng)幾乎為外國(guó)大公司所壟斷。國(guó)家十一五規(guī)劃和電子信息產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃要求大力發(fā)展我國(guó)集成電路芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，把掌握核心技術(shù)作為提高我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的突破口，打破國(guó)外技術(shù)制約，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片，掌握無(wú)線通信領(lǐng)域應(yīng)用的各種核心芯片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。目前成熟應(yīng)用的收發(fā)機(jī)一般由片芯片組組成，主要包括射頻前端（開(kāi)關(guān)和功放與射頻收發(fā)前端集成在一起即為片結(jié)構(gòu)，反之即為片結(jié)構(gòu)）和基帶處理兩部分。實(shí)現(xiàn)基帶處理的數(shù)字芯片通常采用低成本的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字工藝，而射頻前端

11、大多采用，、或者等工藝】。雖然相對(duì)于離散元件實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其價(jià)格已經(jīng)下降了很多，但離市場(chǎng)可以接受的價(jià)格還是有第一章緒論一段距離。隨著片上系統(tǒng)（）概念的提出，將射頻前端和基帶處理實(shí)現(xiàn)全集成已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。因?yàn)閿?shù)字處理部分通常占到芯片面積的以上，集成度及功耗等指標(biāo)的要求使得不可能以以外的其他工藝實(shí)現(xiàn)，所以只有實(shí)現(xiàn)工藝集成射頻前端，才能實(shí)現(xiàn)單片集成的收發(fā)機(jī)并最終實(shí)現(xiàn)單片集成的移動(dòng)通信產(chǎn)品。隨著亞微米、深亞微米技術(shù)的發(fā)展，基藝的工作頻率已經(jīng)達(dá)到幾十甚至幾百的水平，管的溝道尺寸也從年的下降到現(xiàn)在的，上藝的溝道晶體管的截止頻率已經(jīng)達(dá)到了。原來(lái)只能用于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路的工藝也能用于設(shè)計(jì)高性能的模擬

12、電路和射頻電路。基工藝同時(shí)提供雙極型和器件，是目前各種無(wú)線應(yīng)用產(chǎn)品在滿足功耗限制下具有高成本效率的解決方案。不但可以直接利用半導(dǎo)體工藝現(xiàn)有的晶圓制程，達(dá)到高集成度，據(jù)以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)規(guī)模，而且還有媲美的高速特性。具有較高的特征頻率（目前文獻(xiàn)報(bào)道的截止頻率最高已經(jīng)達(dá)到，與器件的截止頻率相近）、優(yōu)良的線性度、很低的噪聲系數(shù)，而且由于與工藝兼容，從兩大大降低了器件和電路的成本。技術(shù)大都應(yīng)用在幾個(gè)的范圍，而成本僅比技術(shù)高左右，因此在需要重點(diǎn)考慮高頻特性的情況下應(yīng)被優(yōu)先采用。采用工藝實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)頻率以下的單芯片集成收發(fā)機(jī)逐漸涌現(xiàn)】。本文主要工作本文主要工作包括：研究通用發(fā)射機(jī)射頻前端系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航終端系

13、統(tǒng)指標(biāo)需求提出適合的發(fā)射機(jī)射頻前端架構(gòu)，優(yōu)化鏈路預(yù)算，給出各子模塊的設(shè)計(jì)指標(biāo)；研究有源濾波器、濾波器等全集成連續(xù)時(shí)間濾波器實(shí)現(xiàn)技術(shù)，設(shè)計(jì)增益可控、線性度高、功耗低的低通濾波器；研究型混頻器的線性化技術(shù)，設(shè)計(jì)高線性度、高本振抑制、高三次諧波產(chǎn)物抑制的調(diào)制混頻器；研究輸出功率數(shù)字可控的可變?cè)鲆娣糯笃黩?qū)動(dòng)放大器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，設(shè)計(jì)適合單片集成的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、滿足性能要求的可變?cè)鲆娣糯笃黩?qū)動(dòng)放大器；研究系統(tǒng)集成技術(shù)，將滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的各單元模塊集成為發(fā)射機(jī)射頻前端電子科技大學(xué)碩學(xué)位論文系統(tǒng)，做聯(lián)合仿真和優(yōu)化。本文組織結(jié)構(gòu)本文將按照射頻模擬集成電路設(shè)計(jì)的基本流程介紹本論文完成的研究?jī)?nèi)容，組織結(jié)構(gòu)如下：第一章：

14、緒論本章介紹課題的來(lái)源及其研究背景和研究?jī)?nèi)容，概述了相關(guān)內(nèi)容的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)；第二章：系統(tǒng)方案及工藝介紹本章簡(jiǎn)單介紹通用發(fā)射機(jī)射頻前端系統(tǒng)架構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用的發(fā)射機(jī)射頻前端系統(tǒng)方案和公司的基工藝：第三章：電路設(shè)計(jì)面向衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片包括四階切比雪夫型低通濾波器，改進(jìn)的酣型上變頻混頻器、可變?cè)鲆娣糯笃骱万?qū)動(dòng)放大器等子模塊。本章將介紹各子模塊的工作原理和電路設(shè)計(jì)方法。第四章：版圖制作與仿真分析本章將介紹版圖制作的布局布線基本原則，各子模塊和芯片頂層的版圖及其制版時(shí)的注意事項(xiàng)，最后分析各子模塊和芯片集成的后仿真結(jié)果。第五章：結(jié)論與展望總結(jié)本文工作，提出尚待解決的問(wèn)題及進(jìn)一步研究

15、計(jì)劃。第二章系統(tǒng)方案及工藝簡(jiǎn)介第二章系統(tǒng)方案及工藝簡(jiǎn)介通用發(fā)射機(jī)射頻前端架構(gòu)發(fā)射機(jī)射頻前端架構(gòu)的選擇在于避免產(chǎn)生的鏡像信號(hào)對(duì)其他信道的信號(hào)產(chǎn)生干擾。發(fā)射機(jī)射頻前端的主要功能是通過(guò)濾波、調(diào)制（上變頻）和功率放大完成基帶信號(hào)到射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在發(fā)射機(jī)中，由于輸入發(fā)射機(jī)的唯一信號(hào)是有用信號(hào)，所以有用信號(hào)是能量最強(qiáng)的信號(hào)，對(duì)鏡像信號(hào)抑制率和噪聲的要求就降低了，從而使得發(fā)射機(jī)相對(duì)于接收機(jī)來(lái)說(shuō)容易實(shí)現(xiàn)。但是，在發(fā)射機(jī)中，如何保證經(jīng)功率放大器放大后的信號(hào)不對(duì)本地振蕩器產(chǎn)生干擾（自調(diào)制問(wèn)題），卻是一個(gè)很大的問(wèn)題。一種辦法是加大頻率合成器的鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬；另一種辦法是采用與載波不同頻率的本地振蕩器。通用發(fā)射機(jī)

16、射頻前端架構(gòu)主要分為兩種：一是將調(diào)制和上變頻合二為一，在一個(gè)電路中實(shí)現(xiàn)，這稱為直接上變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)；一是將調(diào)制和上變頻分開(kāi)，先在較低的中頻上完成調(diào)制，然后將已調(diào)信號(hào)上變頻搬移到發(fā)射的載頻上，這稱為兩步（或多步）變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)等【。直接上變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)直接上變頻正交調(diào)制發(fā)射機(jī)架構(gòu)如圖所示。功率放大器（或驅(qū)動(dòng)放大器）后面是匹配網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)給天線傳送最大的功率和濾除由放大器非線性產(chǎn)生的帶外分量?；鶐Щ鶐D直接上變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)直接上變頻架構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但它也有明顯的缺點(diǎn)，由于發(fā)射信號(hào)是以本振頻率為中心的通帶信號(hào)，經(jīng)功率放大或發(fā)射后的強(qiáng)電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文信號(hào)會(huì)泄漏或發(fā)射

17、回來(lái)影響本振，牽引本振頻率。盡管可以用各種保護(hù)技術(shù)來(lái)隔離（壓控振蕩器），但是功放的含噪輸出仍然能破壞的頻譜。特別是在為了節(jié)省能源，需要頻繁的接通斷開(kāi)功率放大器時(shí)，產(chǎn)生的干擾更大，本振頻率不穩(wěn)，則直接影響發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。如果功放的輸出頻率比振蕩器的頻率高出或者低出足夠的值，則不易發(fā)生強(qiáng)信號(hào)對(duì)本振頻率的牽引。這可以通過(guò)給本振頻率加上偏移來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是加上或者減去另一個(gè)振蕩器的頻率，如圖所示。其中和的輸出被混頻，然后濾波使得載波頻率是錫鷂，離劬和皺都很遠(yuǎn)。圖帶有偏移信號(hào)的直接上變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)兩步變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)另一個(gè)解決發(fā)射機(jī)本振牽引問(wèn)題的方法是，用兩步（或多步）來(lái)上變換基帶信號(hào)，以使的輸出頻譜

18、遠(yuǎn)離的頻率。如圖所示，這里基帶的厶信道在較低的頻率（稱為中頻）處進(jìn)行正交調(diào)制，然后經(jīng)過(guò)混頻和帶通濾波上變換到吃。第一個(gè)（帶通濾波器）抑制了信號(hào)的諧波，第二個(gè)則濾除了中心頻率在一哆處的無(wú)用邊帶。圖兩步變頻發(fā)射機(jī)架構(gòu)兩步變頻與直接變頻相比，優(yōu)點(diǎn)在于由于調(diào)制是在較低的頻率上完成的，、兩路的匹配很好，從而使兩個(gè)比特流之間的串?dāng)_很少。同時(shí)，一個(gè)信道濾波器第二章系統(tǒng)方案及工藝簡(jiǎn)介可以用在第一個(gè)處，以限制相鄰信道中發(fā)送的噪聲和毛刺。其缺點(diǎn)在于第二次上變頻后必須采用濾波器濾除另一個(gè)不需要的邊帶，為了到達(dá)發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)，一般要求該濾波器的帶外抑制為。這是因?yàn)?，?jiǎn)單的上變換混頻同時(shí)產(chǎn)生相同幅度的有用和無(wú)用邊帶。

19、由于較高的中心頻率，這一濾波器一般是無(wú)源的，而且多采用相對(duì)昂貴的片外器件【刀。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案發(fā)射機(jī)射頻前端系統(tǒng)指標(biāo)表給出了面向衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片的主要指標(biāo)參數(shù)。表發(fā)射機(jī)射頻前端芯片系統(tǒng)性能指標(biāo)性能參數(shù)最小值典型值最大值單位輸出頻率輸入信號(hào)電平，輸入數(shù)據(jù)流輸出端負(fù)載輸出端匹配度輸出功率輸入壓縮點(diǎn)次諧波輸出功率本振泄漏增益可調(diào)范圍增益控制步進(jìn)輸入源阻抗工作電壓工作電流功耗電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文發(fā)射機(jī)射頻前端系統(tǒng)方案根據(jù)指標(biāo)要求，采用直接上變頻發(fā)射架構(gòu)，如圖所示。將由基帶處理芯片送來(lái)的單端數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分模擬信號(hào)，經(jīng)簡(jiǎn)單濾波后直接上變頻調(diào)制為射頻信號(hào)，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)片外

20、功放，濾波器，和天線開(kāi)關(guān)后發(fā)射。片上發(fā)射機(jī)通道主要由低通濾波器（），調(diào)制混頻器（），可變?cè)鲆娣糯笃鳎ǎ┖万?qū)動(dòng)放大器（）組成。僅需外接帶通濾波器和就可組成完整的發(fā)射機(jī)射頻前端。圖面向衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的發(fā)射機(jī)射頻前端系統(tǒng)方案由基帶送來(lái)的兀數(shù)字信號(hào)通過(guò)發(fā)射機(jī)低通濾波器（，），該濾波器對(duì)數(shù)字信號(hào)的諧波有很好的抑制，將單端數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分模擬信號(hào)并進(jìn)行衰減，發(fā)射機(jī)濾波器的輸出直接直流耦合到調(diào)制混頻器。調(diào)制混頻器將低通濾波器送來(lái)的信號(hào)上變頻為所需的射頻信號(hào)。該混頻器有很高的本振泄露（）和抑制，輸出信號(hào)的雜散較小，這樣芯片對(duì)片外射頻濾波器的帶外抑制的要求可以降低?？勺?cè)鲆娣糯笃鲗?duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行增益控制，可以

21、提供大于的增益控制范圍。驅(qū)動(dòng)放大器對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行高線性的驅(qū)動(dòng)放大，采用內(nèi)置，提供歐姆單端輸出。工藝簡(jiǎn)介本論文設(shè)計(jì)的芯片采用美國(guó)公司的基工藝【，該工藝有一層多晶層和四層金屬層，第四層金屬的厚度為，過(guò)孔的高度為。該工藝除了能提供，可變電容，無(wú)源，多晶硅電阻和電容外，還能提供高值的單端電感及差分電感。對(duì)應(yīng)于最優(yōu)的偏置電流該工藝的截止頻率夕可達(dá)到。第三章電路設(shè)計(jì)第三章電路設(shè)計(jì)面向衛(wèi)星導(dǎo)航終端應(yīng)用的發(fā)射機(jī)射頻前端芯片包括四階切比雪夫型低通濾波器，改進(jìn)型上變頻混頻器、可變?cè)鲆娣糯笃骱万?qū)動(dòng)放大器等子模塊。本章將逐一介紹各模塊電路和整個(gè)芯片頂層電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法。低通濾波器設(shè)計(jì)基本理論濾波器是一種按規(guī)定

22、方式讓某些頻率的信號(hào)通過(guò)而阻止另一些頻率的信號(hào)通過(guò)的電路。常用的濾波器根據(jù)其傳輸函數(shù)的不同，分為巴特沃思（）濾波器、切比雪夫（）濾波器和考爾濾波器（，又稱為橢圓濾波器）等三種。巴特沃思和切比雪夫歸一化低通濾波幅頻曲線如圖所示，圖中是濾波器的階數(shù)。，分（）巴特沃斯型（）切比雪夫型圖巴特沃思和切比雪夫歸一化低通濾波器的幅頻特性巴特沃思濾波器在通帶和阻帶內(nèi)的幅度都是平坦的，而且是在幅度平坦的前提下，帶寬最寬的濾波器，所以又稱為最大平坦幅度濾波器。切比雪夫?yàn)V波器的幅頻曲線在通帶內(nèi)有等紋波波動(dòng)，而在阻帶內(nèi)是平坦的，所以又稱為等紋波濾波器。橢圓濾波器在通帶和阻帶內(nèi)都波動(dòng)，所以又稱為通帶阻帶等紋波濾波器。階

23、數(shù)越大，濾波器的幅頻特性越接近理想情況。對(duì)于相同的階數(shù)，以橢電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文圓濾波器的過(guò)渡區(qū)最窄，其次是切比雪夫?yàn)V波器，再次是巴特沃思濾波器。巴特沃思濾波器的優(yōu)點(diǎn)是幅度在通帶內(nèi)是平坦的，而且它與切比雪夫?yàn)V波器都很容易設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本設(shè)計(jì)所需濾波器的帶外抑制和帶內(nèi)波動(dòng)指標(biāo)要求，需采用四階切比雪夫低通濾波器實(shí)現(xiàn)。任意階數(shù)的濾波器都可以由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，例如，五階濾波器可由一個(gè)一階和兩個(gè)二階濾波器構(gòu)成，八階濾波器可由四個(gè)二階濾波器構(gòu)成等等。式給出了二階低通濾波器的傳輸函數(shù)。耶）而（）這是典型的二極點(diǎn)系統(tǒng)，風(fēng)是彩時(shí)的幅值，是特征頻率。圖給出了二階低通濾波器的幅頻特性。圖二階低通的幅

24、頻特性適于集成的濾波器主要包括有源濾波器和濾波器。有源濾波器基于運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)，其工作頻率取決于運(yùn)算放大器，最大值可達(dá)，目前已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)量級(jí)工作頻率的各種濾波器，包括低通、高通、帶通、帶阻等，電路簡(jiǎn)單、線性度高，適用于發(fā)射機(jī)通道的濾波器。但是由于該類濾波器的特性參數(shù)與時(shí)間常數(shù)有關(guān)，而集成電阻和電容的往往隨溫度和工藝角的變化而變化，精度較差，故一般需要設(shè)計(jì)片上調(diào)諧電路，以補(bǔ)償常數(shù)的變化。連續(xù)時(shí)間濾波器由有源器件和電容組成。由于它不用電阻，而且的跨導(dǎo)較低，用很小的電容即可獲得較大的時(shí)間常數(shù)，所以芯片面積較有源濾波器小，特別適合于單片集成。此外，是一種電流或電壓控制元件，第三章電路設(shè)計(jì)因此這種濾波器的

25、參數(shù)，如、等既可由外部控制或調(diào)節(jié)，也可以編程控制。內(nèi)部只進(jìn)行電流放大，高頻特性也較好。的缺點(diǎn)是線性范圍窄，跨導(dǎo)與外控電流不是線性關(guān)系，且跨導(dǎo)與溫度有關(guān)【】。這些都直接影響濾波器的性能，因此根據(jù)本設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，選擇采用有源濾波器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)四階切比雪夫低通濾波器。有源濾波器又可以分為有限增益正反饋濾波器、無(wú)限增益多路反饋濾波器、濾波器等。由前所述，任意階數(shù)的濾波器都可以由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，因此本設(shè)計(jì)的四階低通濾波器可以由兩個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。故本文只討論二階有源低通濾波器。有限增益正反饋濾波器有限增益正反饋濾波器是工程上應(yīng)用最廣的濾波器之一，它是和于年提出的，所以又稱為濾波器【刪。濾波器的

26、原型如圖（）所示。一代表元件的導(dǎo)納，構(gòu)成正反饋電路。運(yùn)算放大器和電阻砰、毋構(gòu)成增益有限的閉環(huán)放大器。二階低通濾波器如圖（）所示。圖（）濾波器原型（）二階低通濾波器對(duì)同相端來(lái)說(shuō)，增益，為：（去）假設(shè)所用的運(yùn)放是理想的，由圖可得：（）（）（一吃）“一屹）乃吃（）（）（）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文屹石（）解得：耶）醬麗而五萬(wàn)而瓦麗協(xié)），代入式，得到：耶卜蕊去，（）與式相比便可求出參數(shù)如下：瑤麗麗風(fēng)魯（）吉辱蜃州刊蜃無(wú)限增益多路反饋濾波器這種電路的二階原型如圖（）所示。它由五個(gè)二端導(dǎo)納和開(kāi)環(huán)增益很大的運(yùn)算放大器組成。從放大器的輸出端到反向端之間有多路負(fù)反饋。這種濾圖（）多路反饋濾波器原型（）二階低通濾波

27、器設(shè)放大器的開(kāi)環(huán)增益彳，且歷一，則（）（），兒（一屹）兒（）第三章電路設(shè)計(jì)（一哆）乃（屹一），（）一老卸（）解得：日（）：三邊（）多路反饋二階低通濾波器電路如圖（）所示。其中，、乃、弦用電阻代替，、粥用電容代替。在高頻下，、相當(dāng)于短路，傳輸函數(shù)為零；在低頻下，、島相當(dāng)于開(kāi)路，傳輸函數(shù)為偎，確有低通性能。將，爐傯，代入式得到圖（）所示電路的傳輸函數(shù)為：一磋磊溉，（）上式與式相比，利用系數(shù)相等法可得到：西面耘（）凰等（）吉雁擎雁盡（）濾波器濾波器【，】由三個(gè)運(yùn)算放大器組成。其、脅和紼可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，靈活性大，而且可以同時(shí)得到一種以上的濾波函數(shù)。圖示出這種濾波器的電路圖。是積分器，是單位增益反相器，是

28、加法器兼積分器。利用疊加原理和理想運(yùn)算放大器的閉環(huán)增益公式，得到：、辛一辛（）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文解得足足一高一高（）尺（刈）“驢一志一等驢麗一面卜葛腸。麗一等啦）一廣例面一見(jiàn)一（）一例面見(jiàn)即用一個(gè)電路可以同時(shí)得到低通和帶通兩種功能。圖濾波器對(duì)于低通設(shè)計(jì)，將式與式相比得到：凰西諺所以若選定，則麗笪：上是（）（）（）（）（）（）第三章電路設(shè)計(jì)，曇，足瓦（）。此時(shí)風(fēng)會(huì)，紈而，魯（）在選定以后，可調(diào)節(jié)，可由調(diào)節(jié)，可由調(diào)節(jié)，者互不影響。而且該電路稍加變形就可以實(shí)現(xiàn)包括低通、高通、帶通、帶阻和全通等在內(nèi)的所有類型濾波器。圖給出了用濾波器、無(wú)限增益多路反饋濾波器和濾波器實(shí)現(xiàn)的二階低通濾波器的電路圖，其

29、中的元件值已經(jīng)根據(jù)前面介紹的設(shè)計(jì)方法算出。（）低通濾波器無(wú)限增益多路反饋低通濾波器（）低通濾波器圖二階低通濾波器電路電子科技大學(xué)碩十學(xué)位論文指標(biāo)要求低通濾波器的主要指標(biāo)包括：帶寬對(duì)于低通濾波器而言，所謂帶寬即幅頻響應(yīng)曲線中增益下降所對(duì)應(yīng)的頻率。帶內(nèi)起伏對(duì)于切比雪夫型濾波器，其幅頻響應(yīng)中通帶內(nèi)是等紋波起伏的，稱之為帶內(nèi)起伏，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，可以選擇不同帶內(nèi)起伏的切比雪夫傳輸函數(shù)去綜合濾波器。帶外衰減帶外衰減，也成為帶外抑制，指濾波器的幅頻響應(yīng)曲線的阻帶特性，一般帶外衰減越大，濾波器階數(shù)越高，矩形系數(shù)越大，越接近于理想濾波器性能。帶內(nèi)群時(shí)延波動(dòng)在傳輸通帶內(nèi)相位對(duì)頻率變化的速度稱為群時(shí)延，考察通帶內(nèi)不

30、同頻率點(diǎn)的群時(shí)延即為群時(shí)延波動(dòng)，群時(shí)延波動(dòng)越小，調(diào)制輸出信號(hào)的相位噪聲特性越好，輸出雜散越小。直流失調(diào)（）電壓在實(shí)際運(yùn)放中，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，由于輸入級(jí)的差分對(duì)不匹配及電路本身的偏差，使得輸出不為零，而為一較小值，該值為輸出失調(diào)電壓，折算到輸入級(jí)即為輸入失調(diào)電壓，一般在量級(jí)。本設(shè)計(jì)的低通濾波器的主要指標(biāo)要求如表所示。表低通濾波器主要指標(biāo)性能參數(shù)最小值典型值最大值單位條件工作電流功耗，電壓增益，一增益步進(jìn)帶寬帶外衰減第三章電路設(shè)計(jì)帶內(nèi)起伏群時(shí)延波動(dòng)直流失調(diào)電壓電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的四階切比雪夫低通濾波器由兩個(gè)二階低通濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，二階低通濾波器采用濾波器設(shè)計(jì)。為補(bǔ)償調(diào)制混頻器的轉(zhuǎn)換增益隨溫度變化，設(shè)計(jì)

31、了電阻陣列以實(shí)現(xiàn)增益可控；為補(bǔ)償因電阻、電容隨溫度和工藝角的變化造成的濾波器帶寬的變化，實(shí)現(xiàn)帶寬的可調(diào)諧，設(shè)計(jì)了電容陣列和片上調(diào)諧電路。全差分二階低通濾波器如圖所示。根據(jù)前面的推導(dǎo)，考慮到全差分電路的對(duì)稱性，可得其傳輸函數(shù)為刖等等?。ǎ聣夭犯邉t、縞和等于凰恐，去，妻（）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文述，電阻尺，和電容為可變陣列。四階切比雪夫低通濾波器頂層電路如圖所示。守一瑚寄一啊出鼉汁圖四階切比雪夫低通濾波器頂層電路采用衛(wèi)訂偏置源為該濾波器提供偏置，以補(bǔ)償管的負(fù)溫度系數(shù)，提高運(yùn)算放大器的增益，其電路如圖所示。蓮麓隧鬻辮卜鵡圖偏置源由于芯片制造過(guò)程中的工藝偏差以及外界環(huán)境溫度的變化，使得集成電阻、

32、電容值與設(shè)計(jì)值偏差較大，從而引起較大的濾波器時(shí)間常數(shù)的偏差，因此必須設(shè)計(jì)片上調(diào)諧電路來(lái)消除這種偏差，實(shí)現(xiàn)精確的濾波器截止頻率。片上調(diào)諧電第三章電路設(shè)計(jì)路如圖所示。調(diào)制混頻器設(shè)計(jì)基本理論圖片上調(diào)諧電路所謂混頻，即將不同頻率的信號(hào)相乘以完成頻率的搬移和變換。在發(fā)射機(jī)射頻前端中，混頻器完成中頻到射頻的搬移。調(diào)制混頻器將調(diào)制和混頻同時(shí)在一個(gè)電路中完成，本質(zhì)上說(shuō)是上變頻混頻器，即輸出信號(hào)的頻率高于輸入信號(hào)頻率?；祛l器有三個(gè)端口，一個(gè)是射頻端口，輸入輸出的是射頻信號(hào)；一個(gè)是本振（或稱載波）端口，輸入的是本振信號(hào)；第三個(gè)是中頻端口，輸入輸出的是中頻信號(hào)。從頻域的角度看混頻是一種頻譜的線性搬移，輸出中頻信號(hào)與

33、輸入射頻信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，唯一不同的是本振信號(hào)。從時(shí)域波形看，輸出中頻信號(hào)的波形與輸入射頻信號(hào)的波形相同，不同的也是本振信號(hào)。任何工作在線性時(shí)變狀態(tài)的非線性器件都可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)相乘，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的混頻。常用的非線性器件有二極管、場(chǎng)效應(yīng)管（）和雙極型晶體管（）。二極管和都具有指數(shù)型傳輸特性：（州吩一）（）電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的傳輸特征可近似為二次曲線：，（礦）（，）（）混頻器在線性時(shí)變工作時(shí)，對(duì)中頻信號(hào)而言應(yīng)該是線性系統(tǒng)，其參數(shù)隨本振信號(hào)做周期性變化，這樣才能保證在頻譜搬移時(shí)，輸入信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變。與、相比，二極管不需要偏置，功耗低，開(kāi)關(guān)速度快，但是二極管的參數(shù)離散性大，且面積較大，多用于

34、分離混頻器設(shè)計(jì)。是平方率特性器件，用它構(gòu)成混頻器產(chǎn)生的無(wú)用頻率成份要比用二極管和構(gòu)成的混頻器少得多，常用于集成混頻器的設(shè)計(jì)。由于在相同電流密度下跨導(dǎo)較大，故由做跨導(dǎo)構(gòu)成的混頻器相對(duì)增益較高，噪聲低，也常用于集成混頻器的設(shè)計(jì)。本質(zhì)上講，上、下變頻混頻器的工作原理是一樣的，只是輸入輸出信號(hào)的頻率大小正好相反。上變頻混頻器輸入中頻信號(hào)，輸出射頻信號(hào)。因?yàn)樯献冾l混頻器用在發(fā)射機(jī)射頻前端中，其中頻輸入信號(hào)幅度較大，所以要求跨導(dǎo)級(jí)具有較寬的線性輸入范圍。本論文重點(diǎn)討論上變頻混頻器設(shè)計(jì)中跨導(dǎo)輸入級(jí)的線性化技術(shù)。自年提出著名的乘法器團(tuán)】以來(lái)，基于單元的雙平衡混頻器（乘法器）結(jié)構(gòu)以其高可靠性、高共模抑制、低載波

35、泄露和雜散輸出、低轉(zhuǎn)換損耗等良好性能在頻率以下的混頻器調(diào)制器設(shè)計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用。因此，本文介紹的各種混頻器線性化技術(shù)都是基于單元的變形。標(biāo)準(zhǔn)乘法器單元的電路結(jié)構(gòu)如圖所示。根據(jù)對(duì)尾電流源偏置的差分對(duì)的直流轉(zhuǎn)移特性地分析，當(dāng)乃和乃較小時(shí)，輸出電流心講是兩輸入電壓雙曲正切的乘積，見(jiàn)式。礦礦叫盎口（號(hào)）（，格）（）二，二式中玢表示熱電壓，常溫下約等于。當(dāng)乃、玢時(shí)，式可簡(jiǎn)化為兩信號(hào)的乘積：，。匕（）葉單元用作雙平衡混頻器時(shí)，一般是強(qiáng)本振（或載波）信號(hào)（對(duì)于而言，大于），以至于工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而該級(jí)稱作開(kāi)關(guān)級(jí)。和組成跨導(dǎo)輸入級(jí)，完成輸入電壓信號(hào)到電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于單元在電流域內(nèi)完成乘法作用，因而一般稱

36、之為電流轉(zhuǎn)向有源混頻器（第三章電路設(shè)計(jì)）。用作下變頻混頻器時(shí)，為射頻輸入信號(hào)；用作上變頻混頻器調(diào)制器時(shí)，為中頻輸入（調(diào)制）信號(hào)。由于本振信號(hào)足夠強(qiáng)，晶體管近似為理想丌關(guān)，故雙平衡混頻器的輸出電流為：叱口?。ǎㄣ?。）其中，（圪）是一個(gè)幅度為，頻率為叻的方波信號(hào)。由式可見(jiàn)，當(dāng)本振信號(hào)圪足夠大時(shí)，混頻器的線性度主要取決于跨到輸入級(jí)，與本振（開(kāi)關(guān)）級(jí)無(wú)關(guān)。圖標(biāo)準(zhǔn)乘法器單元電路型混頻器中跨導(dǎo)級(jí)的線性度決定了整個(gè)混頻器線性度的下限。因此，要改善混頻器的線性度，關(guān)鍵是提高跨導(dǎo)級(jí)的線性度。幾種改善跨導(dǎo)級(jí)線性的典型技術(shù)分別是：反饋技術(shù)、前饋技術(shù)、和逐段近似技術(shù)。反饋技術(shù)反饋技術(shù)是混頻器設(shè)計(jì)中普遍采用的線性化

37、技術(shù)，包括射（源）極反饋、正反饋和電流負(fù)反饋等。射（源）極反饋指在跨導(dǎo)級(jí)晶體管的射（源）極串聯(lián)一個(gè)無(wú)源元件形成串聯(lián)負(fù)反饋來(lái)提高跨導(dǎo)級(jí)的線性度，該技術(shù)廣泛用于差分對(duì)用來(lái)改善其傳輸特性的非線性。一般上變頻混頻器采用電阻反饋以擴(kuò)大跨導(dǎo)輸入級(jí)的線性輸入電壓范圍，而下變頻混頻器采用電感反饋，以避免電阻引入的額外熱噪聲惡化接收前端總的噪聲系數(shù)，采用電感反饋還可以提供與前級(jí)低噪聲放大器最大功率匹配所需的電阻部分。正反饋用于改善跨導(dǎo)級(jí)線性的典型例子是圖（）所示的四管交叉跨導(dǎo)電電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文路【。由于、兩管交叉，故電阻上的電壓降精確等于輸入電壓。一。（一一：）一（。一。一。）（，一。）（。一，）（。一

38、：）警誓，電流負(fù)反饋技術(shù)【】用于改善跨導(dǎo)級(jí)線性的示意圖如圖（）所示，晶體管、和組成了電流負(fù)反饋環(huán)，通過(guò)控制偏置電流在和之間的平衡來(lái)鉗住的集電極電流。當(dāng)從電流源汲取過(guò)量電流時(shí)，流入的電流就會(huì)減少，同時(shí)流入基極的電流減少，進(jìn)而集電極的電流相應(yīng)減少，迫使回到原來(lái)的電流水平，形成電流負(fù)反饋環(huán)鉗住了的集電極電流。因?yàn)榈钠秒娏鳛槌?shù)，根據(jù)雙極型晶體管的直流傳輸特性，無(wú)論輸入電壓等于多少，始終保持不變，所以的工作行為類似于射極跟隨器。因此，電阻上的電壓降就等于輸入電壓，即：珞（。一。）一（。一。）。一（）其中由于負(fù)反饋，和具有相同的偏置電流，故。差分輸出電流（妣）等于乙毛。一，（厶）一（一厶）厶警。（），

39、毫圖（）四管交叉跨導(dǎo)級(jí)（）帶電流反饋環(huán)的跨導(dǎo)級(jí)前饋技術(shù)對(duì)跨導(dǎo)級(jí)進(jìn)行前饋修正的典型例子是采用的雙極型“共射共基補(bǔ)償”（）電路【，如圖所示】。其名字來(lái)自子“共射一共基”（）第三章電路設(shè)計(jì)和“誤差補(bǔ)償”（）的組合。對(duì)于線性電路，其輸出電流鴿耐應(yīng)該與輸入電壓精確成正比關(guān)系，而以電阻為射極負(fù)反饋的差分對(duì)其輸出電流并不精確正比于輸入電壓：虬叫警掣氣竽（）跨導(dǎo)等于展的跨導(dǎo)放大器用來(lái)補(bǔ)償由于共射差分對(duì)和的基極一射極電壓差形成的電流損耗，其注入集電極的電流他塒可以表示為：，甌【（一。）一（占一，）】甌半（）當(dāng)考慮跨導(dǎo)放大器的附加電流必掰時(shí)，整個(gè)跨導(dǎo)級(jí)的輸出電流鴿正比于輸入電壓，見(jiàn)式叱虬華學(xué)爭(zhēng)芘（）圖共射共基補(bǔ)償

40、跨導(dǎo)級(jí)總之，在高頻應(yīng)用時(shí)，前饋技術(shù)的性能優(yōu)于負(fù)反饋技術(shù)。因?yàn)樨?fù)反饋電路在高頻時(shí)環(huán)路增益下降明顯，當(dāng)環(huán)路增益較小時(shí)，差分對(duì)的跨導(dǎo)不再表現(xiàn)為常數(shù)，而是與輸入電壓呈非線性關(guān)系。逐段近似技術(shù)逐段近似技術(shù)又稱為“多雙曲正切【】技術(shù)，是最早提出和研究的。該技術(shù)利用了尾電流源偏置的差分對(duì)的雙曲正切直流轉(zhuǎn)移特性，通過(guò)將并聯(lián)的多個(gè)跨導(dǎo)差分對(duì)偏置于不同電壓下，實(shí)現(xiàn)了寬輸入電壓范圍內(nèi)跨導(dǎo)級(jí)總跨導(dǎo)幾乎不隨輸入電壓變化保持為常數(shù)，改善了跨導(dǎo)級(jí)的線性度。根據(jù)分析，以犧牲總跨值或者增加功耗保持總跨導(dǎo)值不變?yōu)榇鷥r(jià)（其實(shí)也增加了輸入電容），并聯(lián)電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文兩個(gè)或多個(gè)差分對(duì)可以將輸入電壓幅度范圍至少擴(kuò)展到差分所（常溫

41、下約為）而保持總跨值幾乎為常數(shù)【。因此，該技術(shù)特別適用于射頻輸入信號(hào)較弱（數(shù)十量級(jí)以下）的下變頻混頻器。而用于上變頻混頻器時(shí)，由于需要處理的中頻信號(hào)一般幅度較大（大于數(shù)百），往往需要并聯(lián)個(gè)】或更多的差分對(duì)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性交差，所以該技術(shù)并不適于上變頻混頻器的線性化優(yōu)化。多雙曲正切技術(shù)的基本器件是基極含有直流電壓偏移量的尾電流源偏置下的差分對(duì)。根據(jù)式。給出的普通尾電流源偏置的差分對(duì)的雙曲正切直流轉(zhuǎn)移特性，不難得出其直流轉(zhuǎn)移特性如下：口鼬三叢監(jiān)（）島志華籌職警，（）可以證明將兩個(gè)或多個(gè)偏置在逐級(jí)遞增的基極電壓偏移量下的差分對(duì)并聯(lián)在一起形成的跨導(dǎo)級(jí)，其輸出電流明顯比只有一個(gè)差分對(duì)的跨導(dǎo)級(jí)更加線性。式、給出了個(gè)差分對(duì)并聯(lián)的輸出電流和跨導(dǎo)的一般表達(dá)式，其電路原理圖如圖所示：爹啦三巡（）乙口厶警，善象洲警，。鉑，圖采用多雙曲正切技術(shù)的跨導(dǎo)級(jí)圖，跨導(dǎo)線性改善結(jié)果以兩個(gè)差分對(duì)并聯(lián)組成的多雙曲正切跨導(dǎo)級(jí)為例，圖給出了這兩個(gè)差分第三章電路設(shè)計(jì)對(duì)各自的輸出電流和跨導(dǎo)