電機工程學系

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歷史沿革

本系成立宗旨在整合電子、電機、資訊、控制等多學門之工程技術，以培養跨領域具系統整合能力之電機電子科技人才為目標，同時配合產業界需求、支援國家重點科技發展，以「系統晶片」、「多媒體與通訊」、與「智慧型控制與機器人」等三大領域為核心發展方向，期望藉由學術創新引領產業發展，全力培養能直接投入電機電子產業之高級技術人才，厚植本國科技產業之競爭實力。

本系肇始於民國92年籌設之「應用電子科技研究所」，經一年籌劃，於民國93年8月正式成立，開始招收碩士班研究生，以培養具備理論、實務能力之高階電機電子科技人才為目標。民國96年8月「應用電子科技學系」成立，招收學士班學生，同時間，系所合一為「應用電子科技學系」。民國103年8月更名為「電機工程學系」，民國107年電機工程學系博士班成立，完備從大學部到博士班之學制規模，進一步擴展與深化本系的教學與研究能量。

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系所網址：https://www.ee.ntnu.edu.tw/

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    毫米波單邊帶升頻器與寬頻調變器設計
    (2023) 游詠捷; Yu, Yung-Chieh
    隨著通訊世代的演進，第五代行動通訊為了避免壅塞的低頻頻段且希望有較大頻寬將資料傳輸率提升，故已發展至毫米波頻段，其中要將基頻訊號升頻至毫米波頻段，必須藉由射頻收發機中的調變器與混頻器。由於互補式金氧半導體製程(CMOS)的成熟發展，其有低成本、低功耗與高整合度的優點，並能將大部分的射頻電路整合在一起，故本論文使用TSMC 180-nm CMOS RF與TSMC 90-nm CMOS RF製程來實現單邊帶升頻器與寬頻調變器。第一個電路為單邊帶升頻器，透過供給兩顆混頻器正交訊號，產生相位差180˚的輸出訊號，在輸出端便可消除其中一邊頻帶的訊號，此外為了彌補被動式混頻器之損耗，在RF端後級加上一緩衝放大器，採用兩級疊接組態串連的架構，提供大約18.14 dB的高增益與4.54 dB的雜訊指數。整體單邊帶升頻器模擬與量測之特性趨勢相近，在LO驅動功率3 dBm且偏壓0.6 V下，轉換增益為-7.35 dB ± 0.5 dB，頻寬約為26~28 GHz，鏡像拒斥比在-40 dB下的頻寬約為22~29 GHz，整體晶片面積約為1125μm × 730μm。第二個電路為寬頻調變器，透過I/Q調變訊號的方式饋入兩顆混頻器來消除鏡像訊號，並利用巴倫器、二階耦合器與匹配元件等來達成寬頻的鏡像拒斥比。在電晶體偏壓為0.35 V、IF頻率為0.1 GHz、RF頻率為28 GHz、LO驅動功率為10 dBm時，實現轉換增益為-9.31 ± 0.5 dB時，有約27~46 GHz的頻寬，且-40 dB下的鏡像抑制頻寬約為28~42 GHz，擁有寬頻的鏡像抑制效果，整體晶片面積約952μm × 682μm。
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    阻抗感測器與1.95GHz鏡像抑制混頻器設計
    (2022) 賴新亞; Lai, Hsin-Ya
    隨著通訊世代的演進，手機中射頻前端模組的複雜性呈現指數級的成長，如何提高天線效率在智慧型手機的整體射頻性能是最關鍵的挑戰。其中集成天線的應用較容易受到外部條件改變所影響，進而導致天線與射頻前端間的阻抗不匹配。阻抗不匹配時會降低射頻前端和天線間的功率傳輸並增加通信單元對雜訊的敏感性。因此本論文設計實現之阻抗感測器 (Impedance Sensor)，用來感測環境中是否存在外部干擾，並將阻抗調諧網路設置至最佳的狀態，以便在不同的使用條件下都能夠使裝置運作在較高的效能範圍內。第一顆電路為阻抗感測器，透過定向耦合器 (Directional Coupler) 以及雙端天線結構來提升感測器的解析度。透過雙端天線的二次反射來增加阻抗檢測訊號的變化量，並提出兩種架構來提高對於阻抗感測的敏感度。第二顆電路為鏡像抑制混頻器，採用I/Q 訊號調變的方式消除鏡像訊號，並在IF端加上緩衝放大器來提升整體轉換增益。當LO驅動功率為3 dBm時，在1.5 GHz至2 GHz的鏡像拒斥比皆小於 - 35 dBc，轉換增益為3.863 dB，功耗約為10.8 mW，晶片佈局面積為1.2 mm × 1.14 mm。
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    38 GHz可變增益放大器與單邊帶調變混頻器設計
    (2019) 林禎芳; Lin, Chen-Fang
    隨著毫米波頻段的發展，在相位陣列(Phase Array)架構的射頻收發器中，可變增益放大器及混頻器為重要的元件。由於互補式金氧半導體製程(CMOS)的進步，近年來已經可以將大部分的射頻電路整合在一起，且CMOS具有低功率消耗、低成本及高整合度的優勢，因此本論文將使用TSMC 65nm CMOS製程，設計實現38 GHz可變增益放大器與單邊帶調變混頻器。 第一個電路為38 GHz低相位變化之可變增益放大器，採用兩級的電流控制架構(Current Steering)，透過數位控制與相位補償技術，來維持在可變增益範圍內的低相位變化，及降低系統控制複雜度。當供應電壓Vdd為2 V，Vg1、Vg2分別為0.6 V、1.6 V時，在38 GHz有最高增益17.67 dB，可變增益範圍則是在2.61 dB ~ 17.67 dB，約有15.06 dB，相位差為2.69°，1-dB增益壓縮點之輸出功率OP1dB約為-0.68 dBm，整體功率消耗約為56.77 mW，整體晶片佈局面積為460 μm × 680 μm。 第二個電路為38 GHz單邊帶調變混頻器，藉由給予兩顆混頻器正交訊號，將兩個相差180°的輸出訊號合成後，會達到鏡像抑制之功能。由於我們使用來產生正交訊號的多相位濾波器(Poly Phase Filter)，對於製程變異相當敏感，因此最後實現的單邊帶調變混頻器有頻飄的狀況。當電晶體偏壓為0.4 V，LO驅動功率為3 dBm時，頻帶為31 ~ 40 GHz，增益範圍為-16.3 ± 0.5 dB，鏡像抑制則有35 dB，整體晶片佈局面積為710 μm × 770 μm。