《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于130 nm CMOS工藝的K波段上/下雙向混頻器
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
趙玉楠，潘俊仁，彭 堯，何 進(jìn)，王 豪，常 勝，黃啟俊
武漢大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430072
摘要： 基于130 nm RF CMOS工藝，提出了一種可實(shí)現(xiàn)上/下雙向變頻功能的K波段有源混頻器。當(dāng)收發(fā)機(jī)工作于接收模式時(shí)，雙向混頻器執(zhí)行下變頻功能，將低噪放大器放大后的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)；當(dāng)收發(fā)機(jī)工作于發(fā)射模式時(shí)，雙向混頻器則實(shí)現(xiàn)上變頻功能，將輸入的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)并輸出至功率放大器。后仿真結(jié)果表明，在0 dBm的本振驅(qū)動(dòng)下，混頻器工作于上變頻模式時(shí)的轉(zhuǎn)換增益、噪聲系數(shù)、輸出1 dB壓縮點(diǎn)在23~25 GHz范圍內(nèi)分別為-1.1~-0.4 dB、12.9~3.3 dB、-8.2 dBm@24 GHz；工作于下變頻工作模式時(shí)的轉(zhuǎn)換增益、噪聲系數(shù)、輸入1 dB壓縮點(diǎn)在23~25 GHz范圍內(nèi)分別為2.4~3.4 dB、15.2~15.6 dB、-3.6 dBm@24 GHz?；祛l器芯片面積為0.6 mm2；在1.5 V供電電壓下，消耗功率12 mW。
中圖分類號(hào)： TN432；TN773
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211716
中文引用格式： 趙玉楠，潘俊仁，彭堯，等. 一種基于130 nm CMOS工藝的K波段上/下雙向混頻器[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(1)：94-99.
英文引用格式： Zhao Yunan，Pan Junren，Peng Yao，et al. A K-band up/down bidirectional mixer in 130 nm CMOS[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(1)：94-99.
A K-band up/down bidirectional mixer in 130 nm CMOS
Zhao Yunan，Pan Junren，Peng Yao，He Jin，Wang Hao，Chang Sheng，Huang Qijun
School of Physics and Technology，Wuhan University，Wuhan 430072，China
Abstract： An active bidirectional mixer performing the up/down conversion is proposed at K-band with a 130 nm CMOS in this paper. The mixer performs the down conversion in the Rx mode and converts the radio frequency(RF) signal amplified by low noise amplifier(LNA) into the intermediate frequency(IF) signal, whereas carries out the up conversion in the Tx mode and shifts the baseband(BB) signal up to the RF signal for the power amplifier(PA). Post-simulation results shows that with 0 dBm local oscillator(LO) drives, the mixer achieves the conversion gain(CG), noise figure(NF), and output 1 dB compression point(OP1dB) of -1.1~ -0.4 dB, 12.9~13.3 dB from 23 to 25 GHz, and -8.2 dBm@24 GHz in up-conversion mode, respectively. In down-conversion mode, the mixer exhibits the CG, NF, and iutput 1 dB compression point(IP1dB) of 2.4~3.4 dB, 15.2~15.6 dB from 23 to 25 GHz, and -3.6 dBm@24 GHz, respectively. The chip area is 0.6 mm2, which consumes 12 mW from a supply of 1.5 V.
Key words : up/down bidirectional mixer；K-band；CMOS；active balun

0 引言

    隨著汽車工業(yè)快速地發(fā)展，駕駛員迫切需要先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver-Assistance System，ADAS)來(lái)提高道路交通的安全性[1-2]。毫米波雷達(dá)傳感器作為先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)的重要模塊，具有高空間分辨率、低大氣衰減等特點(diǎn)，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注[3-7]。目前，汽車?yán)走_(dá)傳感器主要采用兩個(gè)毫米波段，一個(gè)是K波段的24 GHz，用于盲點(diǎn)檢測(cè)和防撞等短程應(yīng)用；另一個(gè)是E波段的77 GHz，用于自適應(yīng)巡航控制等遠(yuǎn)程雷達(dá)通信。由于CMOS工藝具有開(kāi)關(guān)速度快、成本低、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，為了滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，基于CMOS工藝的K波段收發(fā)機(jī)得到了廣泛的研究和開(kāi)發(fā)[8-13]。傳統(tǒng)無(wú)線收發(fā)機(jī)的收發(fā)支路一般采用分開(kāi)設(shè)計(jì)的方式。作為收發(fā)支路中的關(guān)鍵組成部分，下變頻混頻器在接收支路中，將低噪放大器放大后的射頻信號(hào)下變頻為中頻信號(hào)；而上變頻混頻器則在發(fā)射支路中，將基帶信號(hào)上變頻為射頻信號(hào)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，這種收發(fā)支路分開(kāi)設(shè)計(jì)的方式將占用更大的芯片面積，消耗更多的功耗，增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，對(duì)小型化、低功耗、低成本的芯片設(shè)計(jì)較為不利。雖然單個(gè)無(wú)源混頻器可以實(shí)現(xiàn)上/下雙向變頻功能，但是它們有轉(zhuǎn)換損耗，并且需要較高的本振驅(qū)動(dòng)[14]，從而導(dǎo)致系統(tǒng)功耗顯著增加。




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作者信息：

趙玉楠，潘俊仁，彭  堯，何  進(jìn)，王  豪，常  勝，黃啟俊

(武漢大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430072)





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