WCDMA/GSM CMOS 双模接收机
WCDMA/GSM CMOS 双模接收机
许峻铭
Chun-Ming Hsu
郭明清
Ming-Ching Kuo Peng-Un Su
楼志宏 杨子毅
Jea-Hong Lou Tzu-Yi Yang
欧威扬
Wei-Yang Ou
苏秉恩
高频积体电路设计部
混合式积体电路设计部
摘要
第三代行动通讯 WCDMA 自 2000 年以来陆 续在世界各国开台,台湾系统业者亦在法令规范 之下,於今年 7 月开始启用,使得台湾正式进入 第三代行动通讯时代. 由於目前第三代行动通讯刚开始启用,且第 二代通讯系统 GSM 丝毫没有因为第三代通讯而 有衰退的情形,在两种通讯系统并存的情况下, 能够适用於两种通讯系统的双模 (dual-mode) 手 机将会是一项方便的产品.然而双模应用意味著 较复杂的电路设计,手机体型及重量也可能比单 模更大更重,电流消耗也可能较大,为克服此难 题,电路设计者无不绞尽脑汁发明电路新架构, 希望能使用单一硬体达到多模的效果,以减少硬 体的制造成本.除了利用可改变架构的设计方法 来达到多模的应用 之外[1],使用深 次微米的 CMOS 制程亦有助於减小晶片面积,并实现低成 本的单晶片系统(SoC, System-on-Chip)[2]. 本论文主要介绍一使用 0.25-mm CMOS 制程 所设计之 WCDMA/GSM 双模接收机晶片,除了 第一部份简介之外,亦有第二部份各个电路方块 设计之详细描述,以及第三部份之接收机量测结 果和第四部份之结语.
1. 前言
虽然零中频(zero-IF)的接收机架构拥有高 整 合 度以 及 容易 设计 之 基频 可变 频 宽滤 波 器 (baseband programmable bandwidth filter)的优 点 [2] , 然 而 零中 频接 收机 有直 流偏 移( DC offset)的问题,且 CMOS 制程本身不可避免会 遭遇到的高闪烁杂讯(flicker noise)的缺点,尤 其当应用於窄频 GSM 系统时,其信号频宽只有 200-kHz,上述问题将显得更为严重,使得零中 频 CMOS 接收机有其设计的困难存在.事实上, 低中频(low-IF)接收机架构是一个较为可行, 且多为业界所采用的 GSM 接收机架构,因为在 低中频接收机中的接收信号是降到 100-kHz 之低 中频,而非 DC,因此直流偏移以及闪烁杂讯可 以轻易的被高通滤波器滤除,而不会影响到接收 机信号的品质 [3].然而此低中频接收机架构却 不适用於 WCDMA 系统,因为 WCDMA 系统有 较 宽 的信 号 频宽 以及 更 严谨 的邻 近 通道 压 制 (adjacent channel attenuation)要求,使得低中 频的实现较为耗电且困难.因此,为了要将 GSM 以及 WCDMA 两种系统整合在单一接收机之硬 体上,我们提出如图一所示之 zero-IF WCDMA / low-IF GSM 可变架构接收机.
32
系统晶片 002期
A CMOS Dual-mode Zero-IF/Low-IF Receiver IC for WCDMA/GSM Application
图一
WCDMA/GSM 可变架构双模接收机—射频前级电路
2. 电路方块设计
2.1 射频前级电路
如图一所示,在 WCDMA 操作模式之下,低 杂讯放大器采用两级串接的架构,以提供接收机 足够的增益及低杂讯特性,并且在两放大器之间 安插一带通滤波器,以抑制由发射机漏流过来的 高功率发射信号.其中,第一级单端输入的低杂 讯放大器 LNA1 采用外接设计,以提供最佳的低 杂讯特性;第二级低杂讯放大器 LNA2 包含两种 增益操作模式,以避免在接收到大讯号时,造成 接收机操作失真 在高增益的操作模式 . (high gain
mode) 之下,我们关闭 LNA2 的低增益电路 (low gain circuit ) , 因 此 LNA2 是 一 个 inductive degenerated 共 源 级 放 大 器 ( common source amplifier);而在低增益的操作模式(low gain 之下,我们关闭 LNA2 的直流电流源并打 mode) 开低增益电路,使得信号透过 PMOS 开关以及电 阻直接旁通给下一级混波器的输入端.其中,低 增益电路中所加入之可切换并联电容,目的是做 为阻抗匹配之用,使得 LNA2 的输入阻抗不会因 为高/低增益的操作模式而差异太大. 在降频混波器 (down conversion mixer) 之电 路 实 现 上 , 使 用 的 是 吉 伯 特 混 波 器 ( Gilbert mixer)架构.不同於传统吉伯特混波器,此电路

下一页