eng
Выпуск #9/2018
Мухин Игорь Игоревич, Бычков Михаил Сергеевич, Ионов Леонид Платонович, Шабардин Руслан Сергеевич
Особенности разработки кремний-германиевых преобразователей частоты, в том числе с интегрированным синтезатором на основе ФАПЧ
Особенности разработки кремний-германиевых преобразователей частоты, в том числе с интегрированным синтезатором на основе ФАПЧ
Просмотры: 2778
В работе представлены результаты разработки ряда преобразователей частоты: активный двойной балансный смеситель L-диапазона, преобразователь частоты С-диапазона, МИС в составе дробного синтезатора со встроенным ГУН и двумя смесителями. Разработанные микросхемы обладают одними из лучших на сегодняшний день комплексами параметров.
УДК 621.3.049.774, ББК 32.853.1
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.464.465
УДК 621.3.049.774, ББК 32.853.1
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.464.465
Теги: active mixer fractional frequency synthesizer frequency converter gilbert mixer sige technology vco активный смеситель дробный синтезатор частот кремний-германиевая технология микросхема преобразователь частоты свч смеситель джильберта
Преобразователь частоты относится к ключевым блокам приемопередающих трактов различного назначения. В большинстве случаев он определяет верхнюю границу динамического диапазона тракта [1]. Исходя из этого разработка преобразователей частоты с улучшенными свойствами была и остается актуальной задачей.
В основе подавляющего большинства преобразователей частоты лежат модифицированные схемы смесителя Джильберта [2]. В настоящее время известно достаточно большое количество работ [3, 4, 5], где исследуются свойства этой схемы и предлагаются улучшения по росту динамических и частотных характеристик. Однако в инженерной практике в зависимости от технологии изготовления актуальным является вопрос оптимизации той или иной схемы построения активного смесителя.
В работе представлены результаты разработки следующих устройств: двойной балансный смеситель L-диапазона, преобразователь частоты С-диапазона, СБИС дробного синтезатора частоты со встроенными ГУНом и двумя балансными смесителями.
Двойной балансный смеситель L-диапазона имеет следующие особенности:
• построен по модифицированной схеме смесителя Джильберта;
• входной преобразователь напряжение — ток реализован на МОП-транзисторах, транзисторный квартет — на биполярных транзисторах;
• выход выполнен в виде «открытого коллектора», что при напряжении питания 3 В позволило получить значение входной точки компрессии плюс 10 дБм;
• наличие цифрового управления током потребления, которое позволяет получить коэффициент шума менее 12 дБ;
• наличие ждущего и спящего режимов работы.
Преобразователь частоты С-диапазона имеет следующие характеристики: коэффициент преобразования 15 дБ, диапазон рабочих частот полезного сигнала от 20 МГц до 7 ГГц, выходная точка компрессии плюс 9 дБм, коэффициент шума 14 дБ.
Отличительной особенностью смесителей, которые входят в состав СБИС дробного синтезатора частоты, является их широкий динамический диапазон, достигнутый при напряжении питания 3 В. В основе смесителей лежит модифицированная схема Джильберта, где входной преобразователь напряжение — ток линеаризован с помощью структурного метода [6], позволяющего также обеспечить эффект частичной компенсации шума [7]. В результате смеситель обладает значением входной точки компрессии плюс 10 дБм при величине коэффициента шума не более 11 дБ. Общее потребление тока микросхемы не превышает 170 мА. Фазовые шумы гетеродина на частоте 1 ГГц и отстройке от несущей на 10 кГц не превышают минус 95 дБ/Гц.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2 т. / У. Титце, К. Шенк. — М.: Додэка-XXI, 2008. — Т. 2.
2. Gilbert B. A Precise Four-quadrant Multiplier with Subnanosecond Response // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1968. — Vol. SC-3, pp. 365–373.
3. Богатырев Е. А, Бычков М. С. Оценка эффективности структурного метода на примере проектирования интегральных смесителей / Е. А. Богатырев, М. С. Бычков // Труды РНТОРЭС имени А. С. Попова «71-я научная сессия, посвященная Дню радио». — 2016. — Т. 1. — C. 387–392.
4. Darabi H., Abidi A. A. Noise in RF-CMOS Mixers: A Simple Physical Model // IEEE Transactions on Solid-State Circuits. — 2000, Vol. 35. — № 1, pp. 15–25.
5. Terrovitis M., Meyer R. Noise in Current-commutating CMOS Mixers // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1999, Vol. 34. — № 6, pp. 772–782.
6. Бычков М. С. Методика реализации структурных схем с нулевой чувствительностью // Радиотехника. — 2016. — № 11. — С. 46–53.
7. Blaakmeer S., Klumperink E., Leenaerts D., Nauta B. The Blixer. A Wideband Balun-LNA-I/Q-Mixer Topology // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 2008, Vol. 43. — № 12, pp. 2706–2715.
В основе подавляющего большинства преобразователей частоты лежат модифицированные схемы смесителя Джильберта [2]. В настоящее время известно достаточно большое количество работ [3, 4, 5], где исследуются свойства этой схемы и предлагаются улучшения по росту динамических и частотных характеристик. Однако в инженерной практике в зависимости от технологии изготовления актуальным является вопрос оптимизации той или иной схемы построения активного смесителя.
В работе представлены результаты разработки следующих устройств: двойной балансный смеситель L-диапазона, преобразователь частоты С-диапазона, СБИС дробного синтезатора частоты со встроенными ГУНом и двумя балансными смесителями.
Двойной балансный смеситель L-диапазона имеет следующие особенности:
• построен по модифицированной схеме смесителя Джильберта;
• входной преобразователь напряжение — ток реализован на МОП-транзисторах, транзисторный квартет — на биполярных транзисторах;
• выход выполнен в виде «открытого коллектора», что при напряжении питания 3 В позволило получить значение входной точки компрессии плюс 10 дБм;
• наличие цифрового управления током потребления, которое позволяет получить коэффициент шума менее 12 дБ;
• наличие ждущего и спящего режимов работы.
Преобразователь частоты С-диапазона имеет следующие характеристики: коэффициент преобразования 15 дБ, диапазон рабочих частот полезного сигнала от 20 МГц до 7 ГГц, выходная точка компрессии плюс 9 дБм, коэффициент шума 14 дБ.
Отличительной особенностью смесителей, которые входят в состав СБИС дробного синтезатора частоты, является их широкий динамический диапазон, достигнутый при напряжении питания 3 В. В основе смесителей лежит модифицированная схема Джильберта, где входной преобразователь напряжение — ток линеаризован с помощью структурного метода [6], позволяющего также обеспечить эффект частичной компенсации шума [7]. В результате смеситель обладает значением входной точки компрессии плюс 10 дБм при величине коэффициента шума не более 11 дБ. Общее потребление тока микросхемы не превышает 170 мА. Фазовые шумы гетеродина на частоте 1 ГГц и отстройке от несущей на 10 кГц не превышают минус 95 дБ/Гц.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2 т. / У. Титце, К. Шенк. — М.: Додэка-XXI, 2008. — Т. 2.
2. Gilbert B. A Precise Four-quadrant Multiplier with Subnanosecond Response // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1968. — Vol. SC-3, pp. 365–373.
3. Богатырев Е. А, Бычков М. С. Оценка эффективности структурного метода на примере проектирования интегральных смесителей / Е. А. Богатырев, М. С. Бычков // Труды РНТОРЭС имени А. С. Попова «71-я научная сессия, посвященная Дню радио». — 2016. — Т. 1. — C. 387–392.
4. Darabi H., Abidi A. A. Noise in RF-CMOS Mixers: A Simple Physical Model // IEEE Transactions on Solid-State Circuits. — 2000, Vol. 35. — № 1, pp. 15–25.
5. Terrovitis M., Meyer R. Noise in Current-commutating CMOS Mixers // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 1999, Vol. 34. — № 6, pp. 772–782.
6. Бычков М. С. Методика реализации структурных схем с нулевой чувствительностью // Радиотехника. — 2016. — № 11. — С. 46–53.
7. Blaakmeer S., Klumperink E., Leenaerts D., Nauta B. The Blixer. A Wideband Balun-LNA-I/Q-Mixer Topology // IEEE Journal of Solid-State Circuits. — 2008, Vol. 43. — № 12, pp. 2706–2715.
Отзывы читателей
