WiMAX RF前端電路設計介紹

在本文中將針對WiMAX之規格需求，設計一接收機前端電路。此前端電路包括低雜訊放大器及混波器，適用於2.5GHz 至2.7GHz 之頻段。此前端電路設計配合低中頻架構之接收機，依所需之通道頻寬需求，將輸入訊號降至通道頻寬的一半，即1.25MHz~10MHz 的中頻輸出，再由後端的通道選擇濾波器(channel selection filter)及A/D轉換器做後續的處理。經由模擬結果可知，利用TSMC 0.13um CMOS製程所設計的射頻前端電路，以輸入2.6GHz訊號，輸出10MHz為例，此電路設計提供30.7dB、28.7dB、22.7dB及3.4dB共四種不同的轉換增益模式；雜訊指數分別為1.9dB、2.2dB、5.3dB及22.1dB；而輸入1dB壓縮點則為-30.8dBm、-29.6dBm、-23.45dBm 及-0.98dBm。整個晶片在1.2伏特的電壓操作下，除了最低增益模式消耗9.62毫安培電流之外，其他模式消耗14.26 毫安培。

1. 前言

WiMAX(World Interoperability for Microwave Access，全球互通微波存取，或稱無線都會區域網路)可視為IEEE 802.16技術的統稱，目前有包括Intel、Nokia等國際大廠投入了此一市場，引起了全球廠商對此標準的注意[1]。毫無疑問地，在無線寬頻存取技術上，WiMAX將成為未來最熱門的無線通訊技術。

在IEEE 802.16技術中，目前以IEEE 802.16d(即802.16-2004)及IEEE 802.16e最被人廣為討論，其中802.16-2004標準的應用主要用於偏遠地區，或是不易佈線區域的固定式網路接取(fixed network access)，及Wi-Fi系統的後端網路(backhaul)，相較於現今已相當普遍的ADSL、cable等有線接取解決方案，WiMAX(802.16-2004)的優點在於可大幅節省網路的佈建成本。

至於802.16e標準則主要應用於支援可移動式接取(portable)及行動接取(mobile)之終端產品，如NB、PDA、手機等，有機會繼Wi-Fi後，被整合至筆記型電腦的晶片組中，因此其市場潛力將比固定無線寬頻接取(802.16-2004)大的多[2][3]。

目前各地WiMAX試驗的頻段眾多，如原為Wi-Fi使用的免執照頻段(unlicensed band，2.4GHz與5.7~5.8GHz)、現有固定式無線寬頻(如MMDS)的使用頻段(2.5GHz與3.5GHz)，及韓國WiBro的使用頻段(2.3GHz)，另外還有其他國家、地區計劃使用不同的頻段。目前台灣規劃將2.5GHz預作為移動式WiMAX(802.16e)使用頻段，3.5GHz則規劃作為固定式WiMAX(802.16-2004)使用頻段[2]。

相對於802.11，WiMAX的系統規格要求較為嚴苛。以雜訊指數(noise figure)而言，802.11的規格要求為10dB，而WiMAX 僅為7dB，對接收端前級電路將是一大挑戰[4]。在接下來的章節中，本文將就WiMAX 接收端射頻前級電路做一介紹，第二節首先討論所採用的接收機架構，第三節則針對每個電路區塊設計做說明，其模擬結果將在第四節描述，最後則是結論。

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