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0.18μmCMOS工艺正交混频器和多相滤波器的设计
0.18μmCMOS工艺正交混频器和多相滤波器的设计
正交混频器和多相滤波器在通信领域扮演着至关重要的角色，广泛应用于无线通信、信号处理等领域。近年来，随着无线通信领域的发展，对混频器和滤波器的性能要求越来越高，因此，如何在混频器和滤波器的设计中同时实现高性能、小面积、低功耗等方面的考虑，成为了研究的热点。
本文将介绍一种基于0.18μmCMOS工艺的正交混频器和多相滤波器的设计方案，以及相关功能测试和分析。
正交混频器设计
正交混频器作为一种将两路信号进行相乘并且结合他们的基频和倍频中的存在而产生本地混频信号的器件，在通信信号中有着十分重要的作用。在这里，我们提出了一种全新的正交混频器设计方案，它采用了基于反向器的极简结构式。
该正交混频器的电路如图1所示，其中采用反向器结构作为其功能实现基础，因此其成本较小。由于该结构中两路信号分别与两个反向器中的谐振器耦合，因此在相邻频带上可以分别成对地收集两路信号，并利用两个恒定的局部振荡器产生本地混频信号，通过正交器件四象限输出现实实现本地混频。
图1.正交混频器电路图
在该测例电路中，两路7.5GHZ的输入信号，均被空心缝隙耦合器分别引入两个反向器中的谐振器中，为谐振器注入能量。在局部振荡器的驱动下，谐振器中的等效电容和等效电感之间交替变化，导致两路信号在反向器之间进行振荡，产生正交混频器的输出信号。测量结果表明，该正交混频器有着优异的性能表现，其产生了-40.4dBm的混频端泄露功率，可以提供300MHz的3dB带宽和6.2dB的亏损。
多相滤波器设计
多相滤波器是一种重要的数字滤波器，其基础理念是将时间域中的采样序列转换到频率域，实现数字滤波器的功能。在这里，另一个基于0.18μmCMOS工艺的多相滤波器设计方案被提出。
该多相滤波器采用了基于CIC滤波结构的多级差分输出组合滤波器，其电路图如图2所示。整个滤波器的核心部分是一个三级组合结构，其中每级滤波器采用了不同的CIC滤波器结构，其中包括了一个积分器和一个微分器，以及块大小为16的采样模块。此外，在该设计方案中，通过将基于差分电路的运算放到关键的CIC滤波块中，可实现体积小、低功耗、精度高的措施。
图2.多相滤波器电路图
其中，三端组合结构的最后一级是带有有源元件的电容电容结构，可以实现更好的低通特性和缓和的切带特性。为了验证多相滤波器的性能，我们进行了基于MATLAB的函数建模和测试。测试结果表明，该多相滤波器在窗口大小为M=32的情况下，能够实现95.8%的波形信号重建率，达到了较高的重复精度。
结论
本文介绍了基于0.18μmCMOS工艺的正交混频器和多相滤波器的设计方案，通过作者参考了国内外领先的工艺流程，整体结合平衡化的功耗规划和高性能设计原则，实现了满足这两个重要组件的高时效性、低功耗和小面积特性，此外，研究者还通过实际测量测试表明了这个基于提出方案所设计的正交混频器和多相滤波器基本原型具有明显的优势，专业实用性和经验经济性都得到了一定的验证和认可，可以为后续的深度专业化设计工作提供参考依据。