大创风采 | 射频噪声抵消接收机

编者按

微电子科学与技术学院始终坚持以学生成长为中心，紧密围绕学院“红色、专业、高效”的人才培养理念，积极推动和鼓励本科生参与创新科研项目研究，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。2023年，学院共19个大学生创新创业训练计划项目顺利完成结题答辩，6个获评优秀项目。他山之石，可以攻玉，学院将通过“大创风采”栏目,对优秀项目进行风采展示。让我们一起走进微电学子的科研世界，听听他们的经验分享，了解大创项目背后的动人故事，并以此自勉，乘其励风，奋勇向前。

一、团队简介

项目名称：射频噪声抵消接收机

项目等级：省级

指导老师：亓庚浈副教授

团队负责人及介绍：

蔡晨翔，20级本科生，曾获得国家奖学金、优秀学生奖学金一等奖多次，参与集创赛获得华南赛区三等奖、广东省电子设计竞赛一等奖，一作发表会议论文一篇。

团队成员及介绍：

杜欣橙：来自微电子20级，曾获得国家奖学金，中山大学优秀学生奖学金，全国集成电路创新创业大赛华南赛区三等奖

冼伊汶：21级微电子本科生，获得2022-2023学年中山大学优秀学生奖学金二等奖，成功参加2023年全国大学生电子设计竞赛，相继参与了低噪声接收机与谐波抑制发射机的大创课题研究。在学业以外，我非常热爱体育，积极参与了许多活动。如担任我院女排队长、组织训练，于2023年首次参赛逸仙杯并挺进八强；参与女篮篮协杯，获得冠军；担任排协裁判部副部长，成功组织逸仙杯顺利进行；参与家乡篮球文化宣传，组织比赛等。

汤汉斌：20级微电子本科生，乐观开朗积极向上，勤学好问，认真刻苦！

团队合照：

从左上至右下分别为：杜欣橙、汤汉斌、蔡晨翔、冼伊汶

二、项目简介

射频电路作为集成电路中最困难的部分，占据了无线通信电路中百分之八十的功耗。射频电路的整体性能严重的影响这无线通信的性能，对于电路小型化和低功耗化，射频电路的动态范围是核心。各种专用的场景给射频电路的设计提出了更多的挑战，特别是射频接收机的设计因为越复杂的环境接收到的信号就更多的参杂了环境带来的噪声，高带宽、高灵敏度和高线性度对射频接收机的噪声、线性度的性能指标提出了更高的要求。同时，高集成度的趋势和有限的频谱资源更使得这一情况雪上加霜。

集成电路作为目前为止我国被卡脖子最严重的模块之一，是我国步入高端制造的最大障碍之一。电路作为通信的基础核心,是通信能够实现的最重要部分，集成电路又是各种电子电路的核心部件，可见，集成电路是整个社会能够进行正常通信交流的底层逻辑，是各种电子产品和相应电子产业的基础。因此集成电路技术成为了一个国家高端制造的重要标志，直接关系到一个国家的制造国力和国家的信息安全。因而从“十二五”开始，集成电路及其相关产业被列为重要计划受到国家的高度重视。其中，射频芯片技术作为集成电路的“王冠”，其关键技术的突破和应用上的集成创新更是重中之重。

随着CMOS工艺的进一步发展，MOSFET 的截止频率己经达到射频电路的工作频率。虽然深亚微米 CMOS 工艺低跨导、低品质因数、低硅衬底电阻率，但是高集成和低成本的优势具有巨大的吸引力，牵引着射频从业人员不断的在原有的电路结构上推陈出新，不断提高射频CMOS电路的性能。

1、采用Noise-Cancelling架构抵消匹配电阻的噪声，从而使整个射频接收机实现低噪声系数；

2、LNA采用含负载反相器的结构，不仅实现了自偏置，同时对非线性进行补偿以提高线性度；

3、TIA采用三级反相器，同时采用密勒补偿，最后实现了一个具有高增益、较大带宽、低NF、高线性度、稳定(相位裕度大)的TIA；

4、LO Generation里面采用含传输门、反相器的边沿触发D触发器，可以减小传统的由与非门构成的D触发器带来的动态功耗。

5、在射频输入端加入具有带通特性的N-Path Filter，从而提高接收机的线性度。

本项目实现了两个具有低噪声系数和高线性度的射频Noise-Cancelling接收机，它们分别为频移噪声抵消接收机FTNC和基带噪声抵消接收机BBNC。

经过一年时间对本项目的打磨，从一开始简单粗略的架构理论设计，然后一步步实现并优化改进，最终完成了现有项目，使我们每个人收获颇丰。在理论层面，我们对射频接收机的整体工作原理有了深刻的了解，对该接收机里面的小模块如N-Path Filter、混频器、LNA、基带TIA放大器等有了理论层面的深层了解，也复习了模拟集成电路当中有关运放、极点零点、偏置电路等知识，也复习了数字集成电路当中有关延时、分频、D触发器、时钟等知识。在技术方面，目前每个人都可以熟练运用cadence，相信大家以后在做IC设计的时候，再用起cadence一定可以更加熟练。除此之外，我们还明白了，在学术研究当中，还需要一颗热忱不放弃的心、许多次激烈的学术交流、一次次天马行空的尝试等，这些都非常重要；在从一开始的简单模型，到指标参数优化到极致，这些不仅需要理论支持，也需要日复一日的仿真测试。