ADS RFIC设计实验课程讲义（中国台湾交通大学）

ignosi

中国台湾交通大学ADS RFIC设计实验课程，包含了RFIC各个重要电路的设计及仿真，共9个实验课程。本人内容分别如下

实验一：低噪声放大器设计
在射频前端接收器部份，通常利用低噪声放大器放大接收讯号并且减少噪声。由于系统总噪声决定于第一级放大器，所以必须提供足够的增益以降低后几级component所造成的噪声问题。在本实验中，我们针对无线通讯网路(5.2GHz)的使用频率，来设计低噪声放大器，提供18.9dB的available power gain以及2.15dB的noise figure。

实验二：宽带放大器设计
目的：完整设计出Two-Stage Dual Feedback Wideband Amplifier电路。在射频电路中，通用的Gain Block-宽带放大器一直有其重要性，其实际应用：GSM(900MHz&1800MHz)、GPS(1600Mhz)、DECT(1900Mhz)、DBS(950-2150MHz)，都需要放大器的应用。更重要的是由于无线局域网络(Wireless LAN)的兴起，使得在2.4GHz、5.2GHz (泛欧规)及5.7GHz的频段出现了应用。我们针对无线通讯网路(5.2GHz)的使用频率，来设计宽带放大器，使得操作频率在6GHz之前，提供大于10dB的gain以及在操作频率为5.2GHz时有3.9 dB的noise figure。

实验三：差分Gillbert下变频器设计
目的: 利用一双平衡式主动放大架构来实作出一个高度L0 to IF、LO to RF isolation的基本混频器。本实验使用双平衡式主动放大架构设计出在5.2GHz操作的降频器，其中RF频率为5.2GHz，LO频率为5.1GHz，IF频率为100MHz，转换增益为10dB且具有高度的LO-to-IF及LO-to-RF Isolation。

实验四：Top-LO Sub-Harmonic Mixer
为了改善在direct-conversion architecture中LO讯号Self mixing的现象故使用Sub-harmonic架构，其输入的RF即为LO的2倍频。本实验中Sub-harmonic mixer的RF频率为5.2GHz，LO频率为2.55GHz，IF频率为100MHz，转换增益为3.37dB且具有高度的2LO-to-RF及LO-to-RF Isolation。

实验五：Parallel Coupling Quadrature VCO
在RFIC中，如何产生一个稳定且可调的本地端振荡信号为一个非常重要的方向，尤其是在通讯系统中直接降频及低中频的收发机架构，须要产生正交相位的本地端信号，本实验利用二个Cross-coupled pair的电压控制振荡器互相耦合，产生正交相位的输出，振荡频率从4.935GHz到5.474GHz，约有540MHz的可调范围。

实验六：LC Single Sideband Upconverter
在现今的无线通讯系统中，由于频宽的限制，低中频的收发机架构都必须有单边频带传送的混频器，以减少频宽的使用，并抑制镜像讯号，本实验的单边频带(single-sideband SSB)升频器IF讯号为300MHz，LO讯号为4.9GHz，所要传送的RF讯号为5.2GHz，提供2dB的转换增益与55dB的镜像消除比值。

实验七：d4d5 Prescaler
在通讯系统之中，不管是在发送端或是接收端都需要一个稳定的本地端信号，本地端信号常常需要利用频率合成器或是锁相回路，将压控振荡器的输出信号稳定后，降低相位噪声以符合通讯系统的需求。本实验的双模前置除频器(除四除五)电路可除频率范围为1~10GHz，在操作频宽内最小的输入讯号大小在5dBm以下即可正常工作。
实验八：Inductors and Transformers
由于个人无线通信系统的普及与无线通信系统的需求量大幅成长，对于小型化、低价格、低功率通信组件的需求也持续增加。电感与变压器在射频集成电路中扮演了相当重要的角色：如运用在阻抗匹配、低噪声放大器、LC Tank电路等。而在CMOS制程中，由于Si基板的损耗性容易造成讯号的损失，影响了电感的Q值，因此如何正确建立电感与变压器的等效模型，对于射频集成电路的设计而言是相当重要的。本实验介绍如何透过ADS的Momentum作电感与变压器的电磁模拟，并正确地建立出电感模型以及变压器模型。

实验九：A merged LNA and Mixer with Current Reuse Design
由于个人无线通信系统的普及与无线通信系统的需求量大幅成长，对于小型化、低价格、低功率通信组件的需求也持续增加，本实验将整合接收机的低噪声放大器与混频器，并使用电流再利用之方法来降低功率消耗。实作出RF频率为5.2GHz与LO频率为5.1GHz的接收机架构，此电路具有转换增益18dB与噪声指数5.5dB的特性。

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