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研究生: 吳宗謙
Wu Tsung Chien
論文名稱: 針對展頻通訊所使用的混波器電路之可靠度分析
Reliability Analysis For Mixer Circuit Used In WCDMA
指導教授: 金雅琴
King Ya Chin
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電子工程研究所
Institute of Electronics Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 混波器線性度展頻通訊可靠度分析射頻接收器
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  • 整個半導體產業在數十年來就如同摩爾定律(Moore’s Law)所預測的一般,以倍速成長著。隨著製成技術的演進,各種半導體元件的尺寸面積都在不斷的縮小、速度不斷的加快,而隨之也增加了超大型積體電路的設計與應用範圍。在這劃時代的產業之中,關於元件可靠性的研究領域,一直扮演著極重要的角色。

    基於以往對元件可靠度的分析,本研究將把可靠度分析繼續延伸到電路層次(circuit level),並對於應用在展頻通訊(W-CDMA)系統下的混波器電路進行可靠度的探討。

    由於混波器是半數位半類比的電路操作方式,RF Port的輸入是來自於天線接收後的訊號,正常約在-50dBm以下,如一般類比小訊號的操作。因為元件在這一級中偏壓在飽合區,容易出現的元件哀退機制為通道熱載子效應(CHE);在LO Port部分,元件的操作則必須有如switch,類似於數位電路,因此LO Port的閘極輸入訊號為大訊號,容易出現的元件衰退機制則是F-N穿隧效應。

    針對通道熱載子效應和F-N穿隧效應,以建構隨時間改變的元件子電路模型描述元件電性的衰退情況,並將之用於電路特性模擬,得到如轉換增益(CG)和線性度(IP3)隨時間改變的狀況,接著以W-CDMA通訊協定和超級非一次降頻架構的接收器系統(Super-Heterodyne Receiver Architecture)為基礎下,推算混波器所需達到的規格要求,得到混波器的可靠操作期限而完成電路可靠度設計及分析。


    Based on the device reliability analysis , we extend the reliability analysis to the circuit level and predict the reliable operation time of the mixer circuit operated in W-CDMA System.

    The mixer circuit functions in both analog and digital modes. The input signal to RF Port comes from the antenna and its magnitude is typically less than –50dBm. This makes the devices of RF Port operate in analog mode. The major degradation mechanism appeared in this stage is the Channel Hot Electron Effect, since device are biased in saturation region. For LO Port, transistors serve as a switch, similar to the digital operation. This condition makes transistor in LO Port suffer high gate stress. Therefore, the degradation mechanism appeared in the LO stage mainly due to F-N Stress.

    Considering the Channel Hot Electron and Fowler-Nordheim Stress, a sub-circuit degradation model with operation time to predict the device degradation after suffering stress is proposed. Apply the model to the mixer circuit, simulate of change in Conversion Gain and IP3 of the mixer with operation time can be obtained. A brief discussion of the minimum requirement of the mixer circuit used in WCDMA & Super-Heterodyne Receiver Structure is proposed and the reliable operation lifetime extension can then be defined.

    Abstract………………………………………………………………………….. i 摘要……………………………………………………………………………... ii 誌謝……………………………………………………………………………... iii 內文目錄………………………………………………………………………... iv 圖片目錄………………………………………………………………………... vi 第一章 緒論…………………………………………………………………... 1 第二章 元件模型的建立……………………………………………………... 3 2.1 元件衰退機制的介紹……………………………………………….. 3 2.1.1通道熱載子注入效應 …………………………………………… 2.1.2 F-N穿隧效應 ……………………………………………………. 34 2.2 元件模型的建構與參數的粹取 …………………………………….. 4 2.2.1 應用於可靠度子電路模型的建構描述 ………………………5 2.2.2針對熱載子注入效應所產生的元件衰退之子電路模型參數的粹取……………………………………………………5 2.2.3針對F-N穿隧效應所產生的元件衰退之子電路模型參數的粹取……………………………………………………………….. 7 2.3 Y參數轉換 ………………………………………………………….. 8 第三章 針對展頻通訊(WCDMA)下混波器電路需求的探討……………….. 24 3.1 接收器架構和通訊協定的簡介 ……………………………………... 24 3.1.1接收器的簡介 …………………………………………………… 25 3.1.2 展頻(W-CDMA)通訊協定簡介………………………………… 26 3.2 關於混波器(Mixer)的一些電路需求(Spec.)介紹 …………………… 27 3.2.1 轉換增益 ………………………………………………………..27 3.2.2 線性度…………………………………………………………... 27 3.3 接收器系統的通道測試和混波器電路要求(Spec.)之推導 …………. 28 3.3.1通道測試的簡介 …………………………………………………29 3.3.2 混波器轉換增益的考量 ………………………………………...29 3.3.3 混波器線性度的考量…………………………………………... 30 第四章 混波器可靠度電路分析………………………………….………….... 39 4.1典型混波器電路架構介紹 ……………………………………………. 39 4.2在不同衰退條件後典型混波器架構的電路特性表現 ……………….. 39 4.2.1 測試頻率的決定 ………………………………………………39. 4.2.2 LO埠訊號的強弱對混波器電路表現的影響……………40 4.2.3 LO埠隨不同操作訊號強度而衰退對電路特性所造成的影響41 4.2.4 RF埠衰退對電路特性所造成的影響…………………………… 41 4.3針對電路可靠度所提出的混波器改善架構…………………………. 42 4.3.1新電路架構的介紹 ………………………………………………...42 4.3.2 LO埠和RF埠衰退後對電路特性的影響…………………..…… 42 4.3.3新舊混波器架構的比較…………………………………………... 43 4.4針對展頻通訊的電路要求探討混波器電路的存活期限 …………….. 44 4.5實際電路設計檢討 …………………………………………………….. 45 第五章 總結 ……………………………………………………………………. 67 參考文獻………………………………………………………………………... 68

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