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應用於無線感測網路之K-頻段開關鍵控發射機與接收機電路之研製

為了解決mbps換算器的問題，作者簡冠修 這樣論述：

本篇論文設計應用於無線感測網路之K-頻段開關鍵控發射機與接收機電路，論文包含使用台積電CMOS 0.18 μm製程研製的低消耗功率、寬頻鎖定之達靈頓架構除三與除二注入鎖定除頻器。以及使用台積電CMOS 90 nm製程研製的寬頻低功耗、低雜訊指數之低雜訊放大器，以及K-頻段開關鍵控發射機與接收機。整體電路以低消耗功率為設計目標。本篇論文第二章提出低消耗功率、寬鎖定寬頻之達靈頓架構除三與除二注入鎖定除頻器。除三之注入鎖定除頻器以達靈頓架構提升電路轉導能力，進而將低消耗功率以及利用差動注入器方式以增強注入電流，達到寬的注入頻寬特性。而除二之注入鎖定除頻器則使用達靈頓架構結合LC共振技術，將更為提升

電路轉導能力，更加降低整體電路消耗功率。整體電路性能方面，除三之注入鎖定除頻器具有24.71 GHz至28 GHz操作頻率頻寬，在位移頻率為1 MHz時，其鎖定相位雜訊為-140.35 dBc/Hz；本電路之供應電壓為1.45 V，消耗功率為5.13 mW，整體晶片尺寸為0.77×0.79 mm2。除二之注入鎖定除頻器具有20.5 GHz至22.9 GHz鎖定頻寬，在位移頻率為1 MHz時，其鎖定相位雜訊為-138.3 dBc/Hz；本電路之供應電壓為1.2 V時，消耗功率為1.73 mW，整體晶片尺寸為0.8×0.75 mm2。第三章介紹一顆寬頻低功耗且低雜訊之低雜訊放大器，使用電流再利用技

術達到低消耗功率與高增益的特性，輸入匹配則採用正回授之變壓器技術，可以得最佳雜訊與增益且寬頻的響應，並同時達到縮小晶片面積；另外，為了改善線性度問題採用一顆補償gm3放大器產生一個負的gm3與電流再利用的gm3相消，藉以提升電路的IIP3。在供應電壓為0.8 V，消耗功率為4.76 mW時，電路得到最高增益與最低雜訊分別為11.98 dB與2.83 dB，P1-dB與IIP3分別為-12 dBm與-3.35 dBm，整體FOM1，增益，雜訊指數，頻寬，OIP3.，操作頻率與dc消耗功率提升至79.44與近年來文獻比較有最好的表現，整體晶片尺寸為0.84×0.6 mm2。第四章介紹一顆應用於無線

感測網路之K-頻段開關鍵控發射機電路，為了實現低消耗功率且具寬頻之發射機電路，在設計上使用一個寬頻的12 GHz之壓控振盪器電路，此振盪器使用了新式的負電阻以降低交錯耦合負阻的寄生電容以達到寬頻之設計，再使用操作在Class B的倍頻器以達到最佳功率轉換效率。而功率放大器則採用Class AB之疊接組態來實現，並且在共源級的閘極端輸入調變訊號，以達到較高的隔離度與快速的資料比之發射機性能。本電路之量測結果如下，可調頻率範圍為19 GHz至23.1 GHz，在位移頻率為1 MHz時相位雜訊為-96.17 dBc/Hz，最大輸出功率為2.91 dBm，消耗功率為22.3 mW，最高傳輸資料率為50

0 Mbps，換算之能量效率為44 pJ/bit，整體晶片面積為0.6 × 0.92 mm2。第五章介紹一顆應用於無線感測網路之K-頻段開關鍵控接收機電路，此接收機由低雜訊放大器、封包檢測器及中頻可調增益放大器結合補償直流位移器組成。低雜訊放大器採用兩級共源級放大器並使用正迴授放大器，以達節省面積與低消耗功率寬頻設計：於負載為200 Ω時，整體3-dB頻寬為17 GHz至23.4 GHz，最大增益為20.47 dB。為了降低消耗功率與提高解調之靈敏度，採用單轉雙之封包檢測器並偏壓接近臨界電壓。中頻可調增益則採用三級Cherry-Hooper放大器實現，此架構為一級共源級放大器提供高增益。第二級

採用並並回授以得到寬的頻寬，整體可調增益範圍為62.6 dB，而3-dB頻寬為100 kHz至1.4 GHz。由於差動輸出具有直流位移問題，此設計加入一組一階低通濾波器與轉導放大器補償直流位準偏移。整體接收機的性能，在供應電壓為1 V，資料率為600 Mbps時，接收機之消耗功率與平均消耗功率分別為9.52 mW與15.86 nW，最低靈敏度為-47.6 dBm，整體晶片面積為1×0.81 mm2。