ADS RFIC设计实验课程讲义(台湾交通大学)
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台湾交通大学ADS RFIC设计实验课程,包含了RFIC各个重要电路的设计及仿真,共9个实验课程,本站首发,希望大家喜欢。内容分别如下
实验一:低噪声放大器设计
在射频前端接收器部份,通常利用低噪声放大器放大接收讯号并且减少噪声。由于系统总噪声决定于第一级放大器,所以必须提供足够的增益以降低后几级component所造成的噪声问题。在本实验中,我们针对无线通讯网路(5.2GHz)的使用频率,来设计低噪声放大器,提供18.9dB的available power gain以及2.15dB的noise figure。
实验二:宽带放大器设计
目的:完整设计出Two-Stage Dual Feedback Wideband Amplifier电路。在射频电路中,通用的Gain Block-宽带放大器一直有其重要性,其实际应用:GSM(900MHz&1800MHz)、GPS(1600Mhz)、DECT(1900Mhz)、DBS(950-2150MHz),都需要放大器的应用。更重要的是由于无线局域网络(Wireless LAN)的兴起,使得在2.4GHz、5.2GHz (泛欧规)及5.7GHz的频段出现了应用。我们针对无线通讯网路(5.2GHz)的使用频率,来设计宽带放大器,使得操作频率在6GHz之前,提供大于10dB的gain以及在操作频率为5.2GHz时有3.9 dB的noise figure。
实验三:差分Gillbert下变频器设计
目的: 利用一双平衡式主动放大架构来实作出一个高度L0 to IF、LO to RF isolation的基本混频器。本实验使用双平衡式主动放大架构设计出在5.2GHz操作的降频器,其中RF频率为5.2GHz,LO频率为5.1GHz,IF频率为100MHz,转换增益为10dB且具有高度的LO-to-IF及LO-to-RF Isolation。
实验四:Top-LO Sub-Harmonic Mixer 为了改善在direct-conversion architecture中LO讯号Self mixing的现象故使用Sub-harmonic架构,其输入的RF即为LO的2倍频。本实验中Sub-harmonic mixer的RF频率为5.2GHz,LO频率为2.55GHz,IF频率为100MHz,转换增益为3.37dB且具有高度的2LO-to-RF及LO-to-RF Isolation。
实验五:Parallel Coupling Quadrature VCO
在RFIC中,如何产生一个稳定且可调的本地端振荡信号为一个非常重要的方向,尤其是在通讯系统中直接降频及低中频的收发机架构,须要产生正交相位的本地端信号,本实验利用二个Cross-coupled pair的电压控制振荡器互相耦合,产生正交相位的输出,振荡频率从4.935GHz到5.474GHz,约有540MHz的可调范围。
实验六:LC Single Sideband Upconverter
在现今的无线通讯系统中,由于频宽的限制,低中频的收发机架构都必须有单边频带传送的混频器,以减少频宽的使用,并抑制镜像讯号,本实验的单边频带(single-sideband SSB)升频器IF讯号为300MHz,LO讯号为4.9GHz,所要传送的RF讯号为5.2GHz,提供2dB的转换增益与55dB的镜像消除比值。
实验七:d4d5 Prescaler
在通讯系统之中,不管是在发送端或是接收端都需要一个稳定的本地端信号,本地端信号常常需要利用频率合成器或是锁相回路,将压控振荡器的输出信号稳定后,降低相位噪声以符合通讯系统的需求。本实验的双模前置除频器(除四除五)电路可除频率范围为1~10GHz,在操作频宽内最小的输入讯号大小在5dBm以下即可正常工作。
实验八:Inductors and Transformers
由于个人无线通信系统的普及与无线通信系统的需求量大幅成长,对于小型化、低价格、低功率通信组件的需求也持续增加。电感与变压器在射频集成电路中扮演了相当重要的角色:如运用在阻抗匹配、低噪声放大器、LC Tank电路等。而在CMOS制程中,由于Si基板的损耗性容易造成讯号的损失,影响了电感的Q值,因此如何正确建立电感与变压器的等效模型,对于射频集成电路的设计而言是相当重要的。本实验介绍如何透过ADS的Momentum作电感与变压器的电磁模拟,并正确地建立出电感模型以及变压器模型。
实验九:A merged LNA and Mixer with Current Reuse Design
由于个人无线通信系统的普及与无线通信系统的需求量大幅成长,对于小型化、低价格、低功率通信组件的需求也持续增加,本实验将整合接收机的低噪声放大器与混频器,并使用电流再利用之方法来降低功率消耗。实作出RF频率为5.2GHz与LO频率为5.1GHz的接收机架构,此电路具有转换增益18dB与噪声指数5.5dB的特性。
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实验一:低噪声放大器设计
在射频前端接收器部份,通常利用低噪声放大器放大接收讯号并且减少噪声。由于系统总噪声决定于第一级放大器,所以必须提供足够的增益以降低后几级component所造成的噪声问题。在本实验中,我们针对无线通讯网路(5.2GHz)的使用频率,来设计低噪声放大器,提供18.9dB的available power gain以及2.15dB的noise figure。
实验二:宽带放大器设计
目的:完整设计出Two-Stage Dual Feedback Wideband Amplifier电路。在射频电路中,通用的Gain Block-宽带放大器一直有其重要性,其实际应用:GSM(900MHz&1800MHz)、GPS(1600Mhz)、DECT(1900Mhz)、DBS(950-2150MHz),都需要放大器的应用。更重要的是由于无线局域网络(Wireless LAN)的兴起,使得在2.4GHz、5.2GHz (泛欧规)及5.7GHz的频段出现了应用。我们针对无线通讯网路(5.2GHz)的使用频率,来设计宽带放大器,使得操作频率在6GHz之前,提供大于10dB的gain以及在操作频率为5.2GHz时有3.9 dB的noise figure。
实验三:差分Gillbert下变频器设计
目的: 利用一双平衡式主动放大架构来实作出一个高度L0 to IF、LO to RF isolation的基本混频器。本实验使用双平衡式主动放大架构设计出在5.2GHz操作的降频器,其中RF频率为5.2GHz,LO频率为5.1GHz,IF频率为100MHz,转换增益为10dB且具有高度的LO-to-IF及LO-to-RF Isolation。
实验四:Top-LO Sub-Harmonic Mixer 为了改善在direct-conversion architecture中LO讯号Self mixing的现象故使用Sub-harmonic架构,其输入的RF即为LO的2倍频。本实验中Sub-harmonic mixer的RF频率为5.2GHz,LO频率为2.55GHz,IF频率为100MHz,转换增益为3.37dB且具有高度的2LO-to-RF及LO-to-RF Isolation。
实验五:Parallel Coupling Quadrature VCO
在RFIC中,如何产生一个稳定且可调的本地端振荡信号为一个非常重要的方向,尤其是在通讯系统中直接降频及低中频的收发机架构,须要产生正交相位的本地端信号,本实验利用二个Cross-coupled pair的电压控制振荡器互相耦合,产生正交相位的输出,振荡频率从4.935GHz到5.474GHz,约有540MHz的可调范围。
实验六:LC Single Sideband Upconverter
在现今的无线通讯系统中,由于频宽的限制,低中频的收发机架构都必须有单边频带传送的混频器,以减少频宽的使用,并抑制镜像讯号,本实验的单边频带(single-sideband SSB)升频器IF讯号为300MHz,LO讯号为4.9GHz,所要传送的RF讯号为5.2GHz,提供2dB的转换增益与55dB的镜像消除比值。
实验七:d4d5 Prescaler
在通讯系统之中,不管是在发送端或是接收端都需要一个稳定的本地端信号,本地端信号常常需要利用频率合成器或是锁相回路,将压控振荡器的输出信号稳定后,降低相位噪声以符合通讯系统的需求。本实验的双模前置除频器(除四除五)电路可除频率范围为1~10GHz,在操作频宽内最小的输入讯号大小在5dBm以下即可正常工作。
实验八:Inductors and Transformers
由于个人无线通信系统的普及与无线通信系统的需求量大幅成长,对于小型化、低价格、低功率通信组件的需求也持续增加。电感与变压器在射频集成电路中扮演了相当重要的角色:如运用在阻抗匹配、低噪声放大器、LC Tank电路等。而在CMOS制程中,由于Si基板的损耗性容易造成讯号的损失,影响了电感的Q值,因此如何正确建立电感与变压器的等效模型,对于射频集成电路的设计而言是相当重要的。本实验介绍如何透过ADS的Momentum作电感与变压器的电磁模拟,并正确地建立出电感模型以及变压器模型。
实验九:A merged LNA and Mixer with Current Reuse Design
由于个人无线通信系统的普及与无线通信系统的需求量大幅成长,对于小型化、低价格、低功率通信组件的需求也持续增加,本实验将整合接收机的低噪声放大器与混频器,并使用电流再利用之方法来降低功率消耗。实作出RF频率为5.2GHz与LO频率为5.1GHz的接收机架构,此电路具有转换增益18dB与噪声指数5.5dB的特性。
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