系统芯片指标

CMOS 射频集成电路设计 课程项目

唐长文

提交期限: 2009年8月6日，7日课程项目报告

1. 项目简介

软件无线电(Software Defined Radio, SDR)射频芯片是将射频50MHz ~6000GHz 信道中的带宽0.2~40MHz 的各种标准协议的有用信号直接下变频到零中频(或者低中频)一款射频模拟前端电路。该项目的最终目标是在保证信道性能的前提下减小片外元件的需求，达到CMOS 工艺全集成。软件无线电射频芯片系统结构框图如下所示：

芯片涉及到的主要核心模块有：宽带可变增益低噪声放大器、上/下变频混频器、第一级宽带频率综合器、第二级窄带频率综合器、抗叠混低通滤波器，可变增益放大器，

模数转换器等。

2. 系统芯片指标

软件无线电射频芯片的性能指标如下：

频率范围 Frequency Range 50MHz~6000MHz 信道带宽 Channel Bandwidth 0.2~40MHz 射频输入信号范围RF Input Signal Range –110dBm~0dBm 最大增益 Maximum Gain 114dB

最小增益 Minimum Gain 4dB

噪声系数NF @ Max. Gain <4dB

三阶交调量IIP3 @ RF LNA Max. Gain –10dBm 二阶交调量IIP2 @ RF LNA Max. Gain +35dBm 中频频率范围IF Frequency Range

零中频 Zero IF 0.2~20MHz 中频信道选择性IF Channel Selectivity (40MHz BW)

零中频Zero IF, @ 40MHz Offset –60dB

中频输出信号IF Output Signal Level, Differential 500mV pp (+4dBm) I/Q匹配性–45dBc 本振相位噪声

LO1@10kHz, @1MHz, Quadrature generator LO2@10kHz, @1MHz, Quadrature generator –92dBc/Hz, –125dBc/Hz –97dBc/Hz, –125dBc/Hz

功耗 Power consumption <96mW@1.2V

芯片面积 Die size <9mm2 @ 90nm CMOS

3. 课程项目

a) 宽带可变增益低噪声放大器设计

b) 宽带正交上变/下变频混频器设计

c) 宽带正交输出的电感电容压控振荡器设计

d) 窄带正交输出的电感电容压控振荡器设计

e) 宽带频率综合器设计

f) 窄带频率综合器设计

g) 抗叠混低通滤波器与可变增益放大器设计

h) 模数转换器设计

上述8个设计项目任选一个，独立完成电路级设计和仿真工作，撰写完整设计报告。设计报告包括：电路图，Testbench电路图，元器件参数，理论和原理分析，手工计算，性能仿真结果等。文档的整洁、排版格式、图中线条和文字的清晰度等占总分的20%。

1、宽带可变增益低噪声放大器设计性能指标：

Input impedance

Output impedance

Bandwidth Minimum input level Maximum input level Voltage Gain

IIP2

IIP3

Noise figure

Power Consumption 50Ω over 50~6000 MHz bands

Single-end input

No requirement

Differential output

Approx. 50~6000 MHz

–110 dBm

0 dBm

30 dB to –15 dB, RF AGC range: 45 dB

4bits, AGC Gain Step 3 dB >+35 dBm @ Maximum Gain

>–10 dBm @ Maximum Gain

>+30 dBm @ Minimum Gain

<3 dB

<1.2 V*10 mA=12 mW

参考文献：

[1] V. Giannini et al., “A 2mm2 0.1-to-5GHz SDR receiver in 45nm digital CMOS,” ISSCC Dig.

Tech. Papers, pp. 408-409 Feb. 2009.

[2] J. Borremans, P. Wambacq, C. Soens, Y. Rolain, and M. Kuijk, “Low-area active-feedback

low-noise amplifier design in scaled digital CMOS,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol.43, pp.

2422-2433, Nov. 2008.

[3] B. G. Perumana, J.-H. C. Zhan, S. S. Taylor, B. R. Carlton, and J. Laskar, “Resistive-feedback

CMOS low-noise amplifiers for multiband applications,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol.56, pp. 1218-1225, May 2008.

[4] T. W. Kim, B. Kim, “A 13-dB improved low-power CMOS RF programmable gain amplifier

using differential circuit transconductance linearization for various terrestrial mobile D-TV applications,” IEEE J. Solid-State Circuits, Vol.41, pp. 945-953, Apri. 2006.

[5] F.Bruccoleri, E. A. M. Klumperink, and B. Nauta, “Wide-band CMOS low-noise amplifier

exploiting thermal noise canceling”, IEEE J. Solid-State Circuits, Vol.39, pp. 275-282, Feb.

2004.

[6] Kefeng Han, Youchun Liao, Hao Min, and Zhangwen Tang, "A Wideband CMOS Variable Gain

Low Noise Amplifier Based on Single-to-Differential Stage for TV Tuner Application," IEEE Asia Solid-State Circuits Conference Proceedings, pp. 457-460, Nov. 2008, Fukuoka, Japan.