以IEEE802.15.4标准为建立基础的ZigBee是一种低成本低功耗的短距离无线通信技术，属于无线个人区域网。近年来ZigBee产品和无线技术应用领域的不断扩大，加上CMOS工艺的持续发展，使得低成本CMOS单片集成无线接发器的研究与实现不仅具有现实经济价值，而且具有重要的学术研究意义。　　 本论文介绍一款符合IEEE802.15.4标准中2.4GHz物理层的单片射频CMOS集成收发器电路的设计，分别对收发器电路系统和电路模块进行了研究和设计。论文比较分析了五种无线接收器体系结构：超外差、零中频、低中频、数字中频、欠采样接收结构以及两大类无线发射器体系结构：基于混频器变频发射结构和基于锁相环的发射结构。根据IEEE802.15.4标准中指标要求、设计复杂度、实现成本和射频收发器无线技术的发展趋势等，论文采用了低中频的接收器结构和直接上变频的发送器结构设计了该射频收发器，对收发器中的各个电路模块的结构进行了比较和选择，对各电路模块的系统设计指标做了仔细规划，并使用ADS工具分别建立系统模型，并进行了系统仿真，验证了系统设计。　　 接收链路由低噪声放大器、下变频混频器、复数滤波器、可变增益放大器以及模数转换器组成。论文对共源共栅低噪声放大器进行了详细分析，并对共栅晶体管的栅宽做了优化。论文中使用了一个电感源极负反馈的差分共源共栅低噪声放大器。基于电阻作负载Gilbert结构的混频器实现了射频到低中频的转换，为节省面积，此下变频混频器没有使用电感。使用Gm-C单元的复数滤波器对镜像信号进行了抑制。中频可变增益放大器放大了复数滤波器的输出信号，以此满足后面的模数转换器的要求。信号最终经模数转换器量化成数字信号输出。发射链路由数模转换器、低通滤波器、上变频混频器和功率放大器组成。电流驱动结构的数模转换器把数字基带信号转换为模拟信号。二阶的Gm-C低通滤波器滤掉频率为4MHz以上的干扰信号。Gilbert结构的上变频混频器直接把I/Q两路进行了合成，经过一个增益可调的AB类功率放大器驱动后，射频信号输出到芯片外部的天线上。论文还介绍了基准源和锁相环电路的设计。　　 为了增加该射频前端收发器的功能，减少应用时对外围电路的要求，论文为实现接收端与发射端的转换设计了一款差分二阶收/发转换器；为改善输入动态范围，论文提出了一款新结构低功耗的数字调控低噪声放大器电路，以提高整个电路的性能；为提高发射链路线性度，论文还提出了一款改进的应用非线性电容补偿技术的增益可调的AB类功率放大器，在效率损失较小的前提下，提高了功率放大器线性度，从而减少带外散射。　　 该单片CMOS射频收发器的第一版设计采用TSMC O.25μm IP5M RF CMOS工艺对电路模块进行了流片验证，并对部分模块进行了测试。版图总面积为3.26×2.83 mm2，本论文完成的系统设计仿真结果显示：在电路电源电压为2.5V条件下，整个接收通道的功耗为101.25mW，接收灵敏度为-94dBm，输入ldB压缩点为-20dBm；整个发射通道的功耗为68.75mW，最大发射能力为2dBm，在远离中心频率3.5MHz外，带外散射功率比中心频率低22dB。第一版测试的接收灵敏度为-100dBm。系统仿真和部分测试结果显示本论文设计的符合IEEE802.15.4标准的射频收发器功能正确，主要指标均达到了设计要求。