基于55nm CMOS工艺的毫米波正交产生器设计

论文总字数：14715字

摘 要

随着通讯需求的日益提高，国内外的通讯技术研究热点转向了毫米波的应用，以及毫米波的短距离无线通信和光纤的互联网通信技术，这两者的优点为庞大的带宽和超高的数据传输率。同时，随着CMOS工艺技术进步和提升，这使得可以采用CMOS技术来实现毫米波通讯和光通信的集成电路。一方面对于毫米波通信而言，提供的本征信号，应具有宽调谐范围、低相位噪声的特点。因此，本文的主要研究内容是应用于毫米波通讯的毫米波移相器正交产生电路。

多通道毫米波T/R芯片在干扰、探测、通信相控阵系统中有着广泛的应用需求，在第五代毫米波通信和卫星互联网通信中也具有广阔的应用前景。移相器作为毫米波T/R芯片的核心模块，它是一种两端口网络，通过合适的直流信号的控制，使得输出和输入信号之间有一定的相位差。

本课题基于SMIC 55nm CMOS工艺设计一种应用于毫米波移相器正交产生电路，能够将差分信号转换成正交信号，从而为有源矢量调制移相器提供四路输入信号。

关键词：毫米波；移相器；正交信号

Abstract

With the increasing demand of communication, the research focus of communication technology at home and abroad has turned to the application of millimeter wave, as well as the short-range wireless communication of millimeter wave and the Internet communication technology of optical fiber. The advantages of both are huge bandwidth and ultra-high data transmission rate. At the same time, with the progress and improvement of CMOS technology, CMOS technology can be used to realize millimeter wave communication and optical communication integrated circuit. On the one hand, the intrinsic signal provided by millimeter wave communication should have the characteristics of wide tuning range and low phase noise. Therefore, the main content of this paper is millimeter wave phase shifter applied to millimeter wave communication. Alternating generation circuit.

Multi-channel millimeter wave TVR chip has a wide range of applications in interference, detection and communication phased array systems. It also has a broad application prospect in the fifth generation millimeter wave communication and satellite Internet communication. The multi-channel millimeter wave TVR chip has a wide range of applications in interference, detection and communication phased array systems. As the core module of millimeter wave TVR chip, phase shifter is a kind of two-port network. Through the proper control of DC signal, there is a certain phase difference between output and input signal.

In this paper, a quadrature generation circuit for millimeter wave phase shifter based on SMIC 55nm CMOS process is designed, which can convert differential signal into orthogonal signal, thus providing four input signals for active vector modulation phase shifter.

Keywords: millimeter wave,phase shifter,orthogonal signal

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 选题背景与意义 1

1.1选题背景 1

1.2选题意义 2

第二章 课题关键问题及难点 3

2.1课题关键问题及难点 3

第三章 调研报告 4

3.1调研报告 4

第四章 设计方案 6

4.1设计方案 6

第五章 设计结果 10

5.1设计结果 10

5.2设计成果 20

第六章 结束语 21

致谢 22

参考文献 23

1. 选题背景与意义

1.1选题背景

近10年来，随着互联网通信的逐步普及和信息通讯技术的高速发展，用户对高通信速度和高通信质量的数据传输需求不断增长，信息的传输量剧烈增加。根据香农（Shannon）定理，

其中，是信道容量，为信道带宽，是信号的信噪比。由此可知，要想增大信道容量，提高通信的速度，一是提高信噪比,通常这意味着需要更高的发射信号功率，需要更高的成本，并且改善有限；第二种方式是提高信道的带宽，这能有效的提高信道容量，且较易实现。

毫米波 （millimeter wave ）：波长为1～10毫米的电磁波称毫米波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。与光波相比，毫米波利用大气窗口（毫米波与亚毫米波在大气中传播时，由于气体分子谐振吸收所致的某些衰减为极小值的频率）传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小。
优点：

1. 极宽的带宽。通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz，带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达135GHz，为微波以下各波段带宽之和的5倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。
2. 波束窄。在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18度，而94GHz时波束宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。
3. 与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。
4. 和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化

缺点：

1. 大气中传播衰减严重。

2）器件加工精度要求高。

1.2选题意义

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