CMOS 射频集成电路设计 课程作业 (4)
唐长文 金黎明 卢磊
提交期限: 2006年11月30日
1. 单平衡混频器(图1)的电路参数如下
图1 单平衡混频器
静穆
M
I : finger number=20, channel width=10µm, channel length=0.18µm
M B : finger number=2, channel width=10µm, channel length=0.18µm
特鲁多
M 1: finger number=10, channel width=10µm, channel length=0.18µm
M 2: finger number=10, channel width=9.9µm, channel length=0.18µm
R B : 10k Ω, R L1: 200Ω, R L2: 180Ω,
RF input: v i =0.001·sin(2πf in t) V f in =1040MHz
LO(positive node): v L+=1.4+0.2· sin(2πf LO t) V f LO =1050MHz
LO(negative node): v L-=1.4-0.2· sin(2πf LO t) V
f LO =1050MHz IF output: v IF
请使用SpectreRF 或者HspiceRF 软件仿真以下几个参数
a) 混频器的转换增益(中频输出的频率为10MHz) b) 中频IF 输出中本振LO 穿通信号的幅度(V) c) 中频IF 输出的直流失调量(V)
d) 射频RF 输入中的本振LO 穿通信号的幅度(V) 报告中请附上完整的电路网表，给出详细仿真结果。
本题答案由助教金黎明(lmjin@fudan.edu)提供。
本文档的mixer电路结构和器件参数参照2006年唐老师《CMOS射频集成电路设计》课程的第四次作业，并且针对该次作业要求得到的仿真结果，列出了详细的仿真过程。此外，还给出了对于mixer而言非常重要的另外两个性能参数输入三阶交调点（IIP3）和噪声系数（NF）的仿真方法，虽然这在课程作业中并没有要求。采用spectreRF仿真Mixer可以采用pss（周期性稳态分析），也可以采用qpss（准周期性稳态分析），两者算法上有差异，但是仿真结果差别不大，具体细节请参考Cadence提供的spectreRF 的user guide。本文档叙述的是pss分析的仿真流程。
图1.1 mixer仿真电路
1．首先建立仿真电路的testbench，如图1.1所示。
其中两个信号输入采用信号源port。对于本振信号，利用ideal_balun将单端信号转成差分信号，balun的输出共模端接1.4V的直流电源。由于port中所设置的信号幅度表示的是负载与port内阻值匹配时的输 出幅度，需要在port的输出端与地之间接一个与port内阻相同的电阻，否则实际的输出值将是设定值的两倍。然后启动Analog Environment。
2．转换增益仿真
可以采用pss和pxf结合的方法仿真得到转换增益，也可以仅采用pss分析仿真得到。下面分别介绍这两种方法。
(a) 采用pss和pxf仿真。
设置本振信号port0如图1.2所示，射频输入信号源port1如图1.3所示，源类型为dc。在Analog Environment中，设置仿真变量，将本振信号频率flo设置为1050M，如图1.4所示。
设置pss分析，如图1.5所示。设置pxf分析，如图1.6所示。其中频率范围只要
覆盖输入中频频率（题目中为10M）即可。Maximum sideband设置1就足够。
Netlist & run之后，打开Direct Plot Form窗口，设置如图1.7所示。在仿真电路图中点击射频输入信号源port1，得到如图1.8所示的结果。横轴表示输入射频频率的频率变化，对于本题中1040M的射频频率，得到的转换增益结果为10.25dB。
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图1.2 本振信号源port0属性设置图1.3 射频输入信号源port1属性设置
暗房易根经图1.4 仿真变量设置
图1.5 pss仿真设置图1.6 pxf仿真设置
图1.7 pxf仿真plot设置图1.8 转换增益pxf仿真结果
(b) 采用pss仿真
Port0的设置不变。在port1中加一个正弦信号，属性设置如图1.9所示。设置变量fin为题目中给定的射频输入频率1040M。设置pss分析设置如图1.10所示，为了能在输入端同时看到本振的穿通幅度，number of harmonics应大于105（1050M/10M）。
Netlist & run之后，打开Direct Plot Form窗口，设置如图1.11所示。在仿真电路图中依次选取差分输入
和输入四个点，得到如图1.12所示的结果，横轴表示差分输出频率。10M频率点上的值为10.24dB，即表示转换增益。
图1.9 射频输入port1设置迈好构建新发展格局第一步
图1.10 转换增益pss 仿真设置 图1.11 转换增益pss 仿真Plot 设置
图1.12 pss 仿真转换增益结果
3． 中频输出分析
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采用pss 仿真，在得到转换增益之后，重新设置Direct Plot Form 窗口，如图1.13所示。选取差分输出点后，得到输出信号频谱，如图1.14所示。分别选取1050M 和0M 两个频率点上的信号幅度，即可得到题目所要求的中频IF 输出中本振LO 信号的穿通幅度为512.3m ，直流失调量为22.05m 。
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