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研究生: 錢佳駒
Chien, Chia-Chu
論文名稱: 應用於全球定位系統前端之射頻晶片之研製
Research on RFICs for Receiver Front-end for GPS Application
指導教授: 莊智清
Juang, Jyh-Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 射頻晶片全球定位系統
外文關鍵詞: RFIC, GPS
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  • 本論文利用互補式金氧半場效電晶體研究應用於全球定位系統接收機前端之射頻積體電路。一般而言,接收機大致上包含有放大器、混波器、震盪器及數位/類比轉換器等部分,而本論文主要著重在設計前端,即低雜訊放大器和混波器,而設計的晶片特色為可同時接收全球衛星定位系統之雙頻(L1、L5)訊號,本論文所研製的晶片均使用國家系統晶片中心提供之標準TSMC 0.18 製程,所有的晶片皆打鎊線至印刷電路板上進行量測。

    在第一顆晶片中,設計包含有一雙頻低雜訊放大器及兩個雙頻混波器,低雜訊放大器採用兩級串接架構將訊號放大,而兩個雙頻混波器則採用雙端平衡式的架構,另外並做晶片的輸入與輸出匹配網路設計。

    在第二顆晶片中,設計了一雙頻低雜訊放大器及一組同相/正交雙頻混波器,低雜訊放大器設計上採用疊接架構將訊號放大,之後則輸出至同相/正交雙頻混波器降頻,混波器主要採用單端平衡式的架構,本晶片另外還設計了一相移器,用以產生四相位的本地震盪頻率以提供同相/正交雙頻混波器使用。

    This thesis presents the design and implementation of RFICs for receiver front end for GPS application. A GPS receiver relies on the case of amplifier, mixer, oscillators, A/D converter to provide digital IF data for signal acquisition, tracking, and navigation. This thesis focus on the design of the front end including the LNA (Low Noise Amplifier) and mixer. A distinctive of these chips is the circuits are designed dual frequency (L1, L5) GPS signals simultaneously. All of these chips to process are fabricated in TSMC standard 0.18 process. The measurements are performed on FR-4 test PCB with RFICs bounded.

    The first chip includes one dual band LNA and two dual band mixers. The LNA uses cascade topology to amplify the signal and two mixers use double balanced topology. It also contains input/output matching networks. In contrast, the second chip includes one dual band LNA and one dual band I/Q mixer. The LNA uses cascade topology to amplify signal and I/Q mixers are use single balanced topology to downconvert signal. This chip also contains a phase shifter to generate four different phases’ LO signal to provide the I/Q mixers’ LO port.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 V 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.1.1 文獻回顧 1 1.1.2 研究動機 2 1.2 GPS系統簡介 4 1.3 接收機簡介 8 1.3.1 直流偏移 (DC offset) 10 1.3.2 顫抖雜訊 (flicker noise) 10 1.3.3 偶次諧波干擾 (Even Order Distortion) 10 1.3.4 同相與正交訊號不平衡 (I/Q mismatch) 11 1.3.5 超外差接收機 13 1.4 論文架構 15 第二章 低雜訊放大器及混波器 16 2.1 射頻接收機的效能參數 16 2.1.1 雜訊指數 (Noise Figure, NF) 16 2.1.2 交互調變失真 (Intermodulation Distortion, IMD) 20 2.1.3 三階截斷點 (IIP3) 20 2.1.4 1 dB壓縮點 (1 dB Compression Point) 22 2.2 低雜訊放大器雜訊來源 23 2.3 低雜訊放大器簡介 25 2.4 混波器基本架構 33 2.5 Bondwire & Pad 40 第三章 應用於GPS前端之雙頻接收機 42 3.1 設計與製作 42 3.1.1 研究動機 42 3.1.2 架構簡介 44 3.1.3 電路架構 45 3.1.4 設計原則 47 3.2 模擬與量測結果比較 48 3.2.1 模擬結果 48 3.2.2 balun製作 56 3.2.3 量測結果 60 3.3 結果與討論 64 第四章 應用於GPS之雙頻低雜訊放大器及同相/正交混波器 66 4.1 設計與製作 66 4.1.1 研究動機 66 4.1.2 架構簡介 67 4.1.3 電路架構 68 4.1.4 設計原則 71 4.2 模擬與量測結果比較 72 4.2.1 模擬結果 72 4.2.2 量測結果 76 4.3 結果與討論 88 第五章 結論及未來工作 89 參考文獻 90

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2008-07-30公開
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