Berkeley 2011 最新博士论文 Design Techniques for High-Frequency CMOS IC

northfish

Contents
List of Figures v
List of Tables x
I Introduction 1
II High-Frequency RFIC Designs 3
1 On the Noise Optimization of CMOS Common-Source Low-Noise
Amplifiers 4
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 General Design Considerations for CS LNAs . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Descriptions ofModeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 The Selection of Design Variables . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.3 Components for PowerMatching . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.4 Design Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 The Noise Optimization Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.1 Noise Factors of CS LNAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.2 Internal Noise Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.3 Optimizations of Noise Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.5 Definitions of Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.6 Physical Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.7 Theorems about NF Optimizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.8 Expressions in Noise Factor Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2 A CMOS Ku-Band Single-Conversion Low-Noise Block Front-End
for Satellite Receivers 42
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2 Front-End Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3 Low-Noise Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4 Mixer and IF-Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3 A 4-Port-Inductor-Based VCO Coupling Method for Phase Noise
Reduction 53
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 VCO Circuit Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.1 4-Port Inductor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.2 Interlocked-Ring Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.3 LC Tank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.4 VCO Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.1 Passive Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.2 Prototype VCOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 Design of CMOS True-Single-Phase-Clock Dividers Based on the
Speed-Power Trade-Off 66
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.2 Basic TSPC Logic Family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.3 TSPC Dividers and Prescalers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3.1 Ratioless Divide-by-2 Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.3.2 Ratioed Divide-by-2 Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.3.3 Divide-by-2/3 Prescaler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.4 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.6 TSPC Logic Truth Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
III CMOS mm-Wave Techniques 87
5 A Layout-Based Optimal Neutralization Technique for mm-Wave
Differential Amplifiers 88
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2 Neutralization Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.3 Design Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.4 Experimental Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6 The “Load-Thru” (LT) De-embedding Technique for the Measurements
of mm-Wave Balanced 4-Port Devices 99
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.2 De-embedding Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.2.1 DMand CMSeparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.2.2 De-embedding Formula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.2.3 Characterization of the Balun . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.2.4 Characterization of ZT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
6.3 Design Consideration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.4 Measurement Verification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
6.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
IV Conclusion 110
Bibliography 112

juhao0122

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sunjimmy

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wangjin0215

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skygardon

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ysliu168

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Sradio

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Sradio

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zhaoxiaoshu1

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rollstone

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