應用於毫米波偵測器與通訊之互補式金氧半高頻接收器之設計

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黃可登(Ke-Deng Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

應用於毫米波偵測器與通訊之互補式金氧半高頻接收器之設計
(Design of CMOS High-Frequency Receiver for Millimeter-Wave Detector and Communication)

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摘要(中)

此論文主要設計一主被動整合接收器，應用於Ka-Band短距離脈衝雷達的接受器部分，總共完成了四個電路，第一顆提出一個利用90 nm CMOS製程之低成本之35-GHz功率偵測器電路，裡面包含了35-GHz 低雜訊放大器、35-GHz 偵測器兩大電路。在低電壓、低功率的要求下，量測後能提供300K等級的Responsivity且在1 Gb/s調變訊號下有50%以上的Duty cycle，雜訊等效功率也有12.6 fW/√Hz，並且在後續計畫的要求下，我們提出第二顆電路在低雜訊放大器前加入切換器，並且在偵測器後方加入五級中頻放大器，最終接收機輸出端在1GHz的調變下有6 GV/W 的電壓響應度且雜訊等效功率低於3.5 aw/√Hz。

接下來在第三顆提出一個低成本之35-GHz主被動整合接收器，利用90 nm CMOS製程，電路架構包含了35-GHz三級的低雜訊放大器、雙平衡吉伯特混頻器、差動放大器、偵測器等電路，其電壓響應度達到1.2 MV/W，雜訊等效功率也有12 fW/√Hz，轉換增益有34.4 dB，雙邊帶雜訊指數為7.6 dB。接下來的電路為了在低輸入能量，卻需偵測到約0 dBm得訊號要求下，提出第四顆電路，在電路最前端加入Switch量測隔離度和輸入損耗以方便日後須整合TX的需求，在低雜訊放大器部分加入一級疊接放大器，之後加入差動放大器，使得電路分為兩路：一路為偵測器與中頻放大器，一路為混頻器，整體的結果有達到1Gb/s調變訊號下有50%以上的Duty cycle，且Vpp可達到約1 V，並且在輸出100 MHz 的中頻訊號可達到45 dB 的轉換增益與雙邊頻帶雜訊7.6 dB，在偏壓1.2 V 情況下只有45.8 mW之功耗。

摘要(英)

關鍵字(中)

★ 接收器

關鍵字(英)

★ Receiver

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
第一章緒論 1
1.1 感測器及毫米波通訊應用 1
1.2 接收器架構比較 3
1.4 研究動機 6
1.3 論文架構 8
第二章 Dicke接收器 9
2.1 雜訊與功率匹配 9
2.2 低雜訊放大器與功率偵測器 14
2.2.1 系統架構 14
2.2.2 低雜訊放大器電路設計 14
2.2.3 功率偵測器 15
2.2.4 輸出緩衝器(Output Buffer) 20
2.3 35G-Hz 低雜訊放大器與功率偵測器之佈局 22
2.4 35G-Hz 低雜訊放大器與功率偵測器模擬與量測結果 25
2.4.1 量測考量與架設 25
2.4.2 量測與模擬結果 27
2.5 電路改良與系統整合 31
2.5.1 系統架構 31
2.5.2 低雜訊放大器 32
2.5.3 單刀雙擲切換器 34
2.5.4 中頻放大器 35
2.5.5 功率偵測器 38
2.6 Dickes前端接收器模擬與量測結果 39
2.6.1 量測考量與架設 39
2.6.2 量測與模擬結果比較 40
第三章主被動整合接收器 46
3.1 系統架構 46
3.2 電路設計與架構 47
3.2.1 低雜訊放大器 47
3.2.2 差動放大器 48
3.2.3 功率偵測器 49
3.2.4 雙平衡式混頻器 50
3.2.5 緩衝器 54
3.3 主被動整合接收器佈局考量 55
3.4 主被動整合接收器量測與模擬結果 57
3.4.1 量測考量與架設 57
3.4.2 量測與模擬結果 61
3.5 架構改良與更新 70
3.6 電路佈局考量 71
3.7 量測考量與模擬結果 72
第四章結論與未來展望 82
4.1 結論 82
4.2 未來展望 82
參考文獻 83

參考文獻

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指導教授

傅家相

審核日期

2019-6-12

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