第六届集创赛——IEEE杯

IEEE杯

一、杯赛题目：宽带Blocker-Tolerant 射频接收机设计

二、参赛组别：A组、B组

三、赛题背景

随着通信速度要求的提升，射频接收机的带宽要求越来越高。常规的采用窄带Rx+固定频率的片外滤波器的方案是应对带外Blocker干扰的有效手段，但是为了覆盖足够多的频带范围，需要使用大量的窄带射频接收机的集合。如果可以实现一个tunable的High Q RF BPF以实现Blocker-Tolerant Rx，那么就可以在应对多频段需求的同时，实现良好的Blocker抑制能力。

四、赛题任务：

1. 设计一个满足指标要求的宽带Blocker-Tolerant 射频接收机。通过调研自选Blocker-Tolerant Rx架构。在满足赛题的基本要求基础上可以考虑在带宽、线性度、NF、LO Leakage、功耗等方面进行优化。

2. 推荐采用CMOS 65nm 工艺。

3. 需要完成版图设计与后仿真。

五、赛题任务说明

1. 基础知识准备考虑如下方面：射频接收机系统基本原理；传统射频接收机的设计方法（NF，IIP3，Gain）；N-path Filter基本工作原理；Cadence Virtuoso工具；

2. 文献调研科参考如下方向：

1) 时间顺序：包括起源，发展历程和最新进展；

2) 分类：包括工作原理，关键模块和优缺点

3. 设计流程考虑如下步骤：

1) 原理性仿真：采用理想元件进行原理性仿真，通过仿真理解N-Path的工作原理，实现目标功能；在理想元件中逐步加入非理想效应，理解各种非理想效应对电路性能的影响；（原理性仿真工具请使用cadence virtoso）

2) 前仿真：基于CMOS工艺PDK，进行前仿真，采用rf元件

3) 后仿真：完成版图，实现后仿真

六、设计指标要求：

1. 工作频率0.5-2GHz

2. 工艺：65nm CMOS

3. BW：10MHz

4. Gain: 30dB

5. NF：5dB

6. OOB-IIP3：12dBm @Δf=80MHz

7. Rx Power：不超过80mW

七、设计文档撰写要求：

1. 中期汇报：项目进展说明，参考届时组委会参考模版；

2. 初赛和企业技术评分：提交技术文档和设计数据，包括如下内容：

1) 项目介绍：对整个项目的完成情况和设计结果做整体性介绍和概括；

2) 文献调研，选定Blocker-Tolerant Rx的架构

3) 核心电路原理与定性仿真：文档和设计数据

4) 电路模块设计与版图实现：文档说明和设计数据

5) 系统仿真：文档说明和设计数据

6) 进一步优化的尝试：文档说明和设计数据

7) 总结：设计的特点、实现了的性能分析，与改进建议等

3. 分赛区决赛提交内容

1) 汇报PPT：项目介绍、关键技术介绍、性能指标

2) 技术文档和设计数据：同上

4. 总决赛提交内容

八、·评分标准：

九、参考资料

1. N-path Filter

N-path Filter是一种通过在多路的LPF之间开关选通的滤波器，它具有将低频的LPF搬移到RF频率的特性，可以形成一个center-frequency tunable high Q BPF

2. Mixer-first Rx

采用25%占空比的passive mixer其本质上就构成了一个N-path Filter。它可以将Baseband的TIA（Trans-Impedance Amp）的LPF特性搬移到RF端，形成一个所需的High Q RF BPF

3. Mixer-first Noise-cancelling Rx

Noise cancelling mixer-first 架构，通过引入Aux Path，将抑制Blocker的同时，实现了NF的提升。

4. N-path Filter before LNA

另外一种抑制NF的方法是将N-path filter直接当作一个tunable BPF来用，将其置于LNA之前。

5. BSF in the feedback of LNA

将Band Stop N-path Filter (BSF) 放在LNA的反馈回路中，同样可以实现一个具有tunable BPF特性。

十、参考文献

1.D. Murphy, H. Darabi, A. Abidi, A. A. Hafez, A. Mirzaei, M. Mikhemar, et al., "A Blocker-Tolerant, Noise-Cancelling Receiver Suitable for Wideband Wireless Applications,“ IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 47, pp.2943-2963, 2012.

2.E. Klumperink，H. Westerveld，B. Nauta, “ N-path filters and mixer-first receivers: A review ”, CICC, 2017.

3.A. Mirzaei, H. Darabi, and D. Murphy, "A Low-Power Process-Scalable Super-Heterodyne Receiver With Integrated High-Q Filters," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 46, pp. 2920-2932, 2011.

4.Z. Lin, P. Mak, R. Martins， “ A 0.028mm2 11mW single-mixing blocker-tolerant receiver with double-RF N-path filtering, S11 centering, +13dBm OB-IIP3 and 1.5-to-2.9dB NF ”, ISSCC, 2015.

5.H. Wang, Z. Wang, P. Heydari, " A Wideband Blocker-Tolerant Receiver with High-Q RF-Input Selectivity and <-80dBm LO Leakage, " ISSCC, 2019.

6.M. Montazerolghaem，S. Pires，L. Vreede，M. Babaie, " A 3dB-NF 160MHz-RF-BW Blocker-Tolerant Receiver with Third-Order Filtering for 5G NR Applications ", ISSCC, 2021.

十一、注意事项

1. 参赛项目可以参考现有公开发表的文献和论文内容，但应当在技术论文和答辩PPT中注明来源，且不能将参考的内容作为自己作品的创新部分。

2. 杯赛企业和大赛组委会拥有提交作品文档的展示权；

3. 本杯赛部分优胜者有将作品免费流片机会（65nm，具体安排等待后续通知）；

（请参赛团队务必添加所报名杯赛的答疑群中，以便及时获取杯赛最新通知及进展，群号码及入群方式：点击查看）