《近閾值電源電壓射頻接收電路設計方法及電路實現研究》是依託東南大學，由陳超擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：近閾值電源電壓射頻接收電路設計方法及電路實現研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳超
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
射頻模組作為通信系統中的高功耗模組之一，降低其功耗是實現整個通信系統低功耗的關鍵，而降低電源電壓是實現射頻電路低功耗的一種直接有效的途徑。近些年，低電壓射頻電路的設計研究受到了越來越多的關注。然而當工作電壓接近電晶體閾值電壓時，射頻及模擬電路設計面臨著諸如電壓裕度、信號擺幅、特徵頻率等一系列挑戰。對此，學術界的主要解決方式有：使用耗盡型器件、使用襯底正偏技術以及使用偏置線上性區的電晶體等；然而這些方法或者依賴於特殊的製造工藝，或者以電路性能和可靠性為代價。本課題通過研究近閾值電壓對電路的影響，在標準CMOS工藝平台上提出了基於主從結構的OTA設計方法、基於無源混頻的近閾值電壓射頻前端電路設計方法以及CMOS基準電路等一系列設計方法和電路結構，並以此構建整個射頻接收系統，旨在改善近閾值電壓電路的性能和可靠性。基於以上理論和方法，本課題將以流片的方式驗證完善近閾值電壓射頻電路的設計方法和理論。
本項目對近閾值電壓射頻接收電路結構和設計方法進行研究和創新，以克服近閾值電壓條件下所面臨的如電壓裕度、信號擺幅、特徵頻率等一系列挑戰。項目期間開展的研究工作和取得的成果如下：1、對申報書提出的方案和創新點進行了設計研究和測試驗證；其中半無源射頻接收前端結構和用於中頻電路的主從OTA電路結構被證明工作可靠，性能優良，可有效解決低電壓下電壓裕度及共模抑制等問題。2、對申報書方案進行了深度改良，提出了信號正交分離的低電壓射頻接收前端結構，以及跨導恆定軌到軌OTA電路結構。新型射頻前端電路結構利用共柵管柵源跨接電容的方式實現正交信號的產生和分立，減少了一組本振信號產生電路及其緩衝電路，有效降低了系統功耗。跨導恆定軌到軌OTA結構是在申報書原有方案基礎上，通過充分挖掘該結構的潛力，將其升級為跨導恆定並實現軌到軌輸入輸出的新型OTA。該OTA有助於充分利用有限的電壓擺幅，提升了低電壓電路的動態範圍。為低電壓條件下的功能電路設計提供了有力的支持。3、通過研究過程中的技術積累，提出了若干新型電路結構，將低電壓射頻電路的研究對象從接收電路進一步擴展至發射電路。如：①提出了基於本振/中頻信號融合的近閾值上變頻器，該結構將跨導管和本振管進行了融合，用中頻輸入信號調製AC耦合信號的包絡，用本振信號實現電晶體的交替工作。從而減少了電源地之間的電晶體數目，有效緩解了電壓裕度和線性度的矛盾。②提出了電流自匹配柵極開關電荷泵，使用前述軌到軌OTA跟蹤電荷泵的輸出電壓並對充放電電晶體進行實時調整，從而在整個輸出電壓範圍內保持充放電電流恆定。該電荷泵結構克服了低電壓鎖相環的設計瓶頸，對低電壓射頻接收系統的實現具有重要意義。4、基於以上研究工作和創新成果，本項目期間發表了SCI論文7篇，其中IEEE期刊論文2篇，申請相關發明專利10項，授權發明專利6項，項目期間培養了博士生1名，碩士生十餘名。
