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3-5GHz多频带频率综合器研究与设计

作　者: 江金堂
导　师: 吴朝晖; 张国华
学　校: 华南理工大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 超宽带 MB-OFDM 频率综合器 压控振荡器 电荷泵
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


相对于当前常用的短距离无线通信，超宽带技术具有高传输速率、低功耗、低成本、高精度定位等优势，成为人们研究的重点，并可能成为下一代的短距离无线传输技术。多频带正交频分复用（MB-OFDM）超宽带收发机中的频率综合器提供混频的本振信号，其性能对收发机系统的可靠传输起到决定性作用。本文针对多频带OFDM收发机中发射信号在不同频带之间需要不断的切换、且本振信号的频率跳变时间必须小于9.47ns等问题，设计了一款适用于多频带OFDM收发机的频率综合器。该频率综合器包括：压控振荡器（VCO）、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、分频器、混频器、通道选择器等模块。由于压控振荡器和电荷泵对频率综合器系统的性能至关重要，本文研究的重点是对这两个模块进行改进，提出了新型无尾电流源压控振荡器和新型双补偿电荷泵。本文所提出的新型无尾电流源压控振荡器采用无电流基准源电感电容结构。由于没有尾电流噪声的影响，振荡器的相位噪声性能得到提高。同时通过两个相同的压控振荡器的相互反馈，能实现输出信号的准确正交。与传统压控振荡器相比，本新型结构压控振荡器不但具有较好的相位噪声性能，而且功耗较小、输出频率可调范围较大。本文所提出的新型双补偿电荷泵只需使用一个运算放大器就可以实现对充放电电流的双补偿，使充电电流与放电电流相等，且充（放）电电流不随输出电压的变化而变化。与传统双补偿电荷泵相比，本新型双补偿电荷泵在保持充放电电流的控制精确度的同时减少了运算放大器的使用，降低了芯片的复杂度。本文采用GlobalFoundries180nm CMOS工艺完成了多频带OFDM频率综合器的电路设计、版图设计及仿真验证。仿真结果表明，无尾电流源压控振荡器总的功耗为10.43mW，在1MHz处的相位噪声低至-109.2dBc/Hz；新型双补偿电荷泵输出电压在0.35V到1.35V范围内，总的充电电流和总的放电电流最大的变化为2.25%；输出电压从0.25V到1.45V变化时，总充放电电流的差值仅为总电流的0.147%。所设计超宽带频率综合器能够准确的输出3432MHz、3960MHz和4488MHz三个载波，而且不同频率载波的切换时间小于8ns，输出载波对边带的抑制大于30dB。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-14
    1.1.1 直接序列码分多址（DS-CDMA）  12-13
    1.1.2 多频带正交频分复用（MB-OFDM）  13-14
  1.2 研究意义  14-15
  1.3 研究现状  15-16
  1.4 研究内容  16-17
  1.5 论文内容安排  17-19
第二章 MB-OFDM 频率综合器系统结构  19-26
  2.1 MB-OFDM 频率综合器的性能指标  19-21
    2.1.1 相位噪声  19-20
    2.1.2 频谱杂散  20
    2.1.3 切换时间  20-21
  2.2 超宽带频率综合器系统结构现状  21-24
    2.2.1 单锁相环频率综合器  21-22
    2.2.2 双锁相环结构频率综合器  22-23
    2.2.3 多锁相环频率综合器  23-24
    2.2.4 结构总结  24
  2.3 本论文频率综合器的系统结构  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 无尾电流源压控振荡器的设计  26-36
  3.1 压控振荡器  26-28
    3.1.1 环形振荡器  27
    3.1.2 电感电容振荡器  27-28
    3.1.3 两种振荡器的比较  28
  3.2 电感电容振荡器负阻电路的设计  28-30
  3.3 互补交叉耦合振荡器的噪声分析  30-31
  3.4 新型无尾电流源电感电容振荡器  31-33
  3.5 仿真结果  33-34
  3.6 本章小结  34-36
第四章 新型双补偿电荷泵的设计  36-45
  4.1 电荷泵电路原理  36
  4.2 电荷泵电路分类  36-40
    4.2.1 传统电荷泵  37-38
    4.2.2 单补偿电荷泵  38-39
    4.2.3 双补偿电荷泵  39-40
  4.3 新型双补偿电荷泵  40-43
  4.4 仿真结果  43-44
  4.5 本章小结  44-45
第五章 超宽带频率综合器其他模块的设计  45-52
  5.1 鉴频鉴相器  45-46
  5.2 环路滤波器  46
  5.3 分频器  46-48
    5.3.1 模拟分频器  47
    5.3.2 数字分频器  47-48
  5.4 正交单边带混频器  48-50
  5.5 通道选择器  50-51
  5.6 本章小结  51-52
第六章 电路仿真结果  52-55
  6.1 频率综合器芯片的版图  52-53
  6.2 芯片总体的仿真结果  53-55
总结与展望  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间取得的研究成果  60-61
致谢  61-62
附件  62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 频率合成技术、频率合成器
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