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脉冲体制超宽带非相干接收机的设计

作　者: 杨静儿
导　师: 傅忠谦
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 电路与系统
关键词: 超宽带接收机低噪声放大器检波器比较器
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 83次
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内容摘要

UWB(超宽带)技术早在20世纪60年代已经由美国军方应用于雷达、定位和通信系统中。然而自从2002年这项无线技术首次获得了FCC(美国联邦通信委员会)的批准用于民用通信后,UWB技术在民用领域中所显现出的广阔发展前景使其在企业界与学术界均备受关注。超宽带技术作为一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线技术,其无线通信系统的SoC(片上系统)设计和实现技术是其走向应用的关键步骤之一。与此同时,CMOS工艺的特征频率随着深亚微米技术的发展不断提高,使得使用CMOS工艺来实现接收机射频前端成为了最有吸引力的实现手段。接收机是UWB通信系统中的核心和关键模块。本文设计了基于能量检测的OOK(开关键控)非相干接收机。鉴于中国UWB标准的频谱模板对UWB发射的功率限制比FCC的标准低约30dB,即低于-70dBm/MHz,这对接收机的通路增益及后级比较器提出了更高的要求。通过分析各种UWB接收机结构的优缺点,本文采用了基于能量检测的非相干接受机。非相干解调避免了在调制器和解调器间需要同步的困难,从而实现了低复杂度、低功耗的设计目标。基于自顶向下的设计方法,考虑噪声及检波器的衰减特性,将系统的性能指标合理的分配到接收机射频前端的各个模块,其中对LNA的设计提出了比较高的要求。作为UWB无线接收机的重要组成部分,本文详细的给出了低噪声放大器、检波器及比较器的设计过程。介绍了使用CCC(电容交叉耦合)与电流复用技术的LNA和平坦增益的负反馈组态的LNA。从超宽带LNA的输入匹配与噪声角度进行了详细的分析,并分别给出了两种LNA设计的数学分析和性能优化。检波器主要包含了平方电路、翻转电压跟随器-电流检测电路和跨导级。平方电路运用饱和区晶体管的平方律特性将输入差分信号进行平方,所得到的输出电流由翻转电压跟随器-电流检测电路转换成电压。跨导级对该信号进行放大并积分得到所接受的能量。比较器主要包含了预放大电路、再生锁存比较电路和输出锁存缓冲电路。所有电路均采用目前主流的CMOS工艺在Cadence环境下使用Spectre RF进行了仿真,并使用Cadence Virtuoso完成了接收机射频前端的物理版图设计。仿真结果完全满足设计要求。其中检波器和接收机采用SMIC 0.18um射频CMOS工艺流片,以COB(Chip On Board)的方式通过PCB测试。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 论文研究背景及意义  9-10
  1.2 UWB 技术概述  10-15
    1.2.1 UWB 技术的定义  10
    1.2.2 主流 UWB 技术介绍  10-11
    1.2.3 UWB 技术的特点及应用  11-13
    1.2.4 UWB 发展趋势及现状  13-15
  1.3 论文主要工作及结构安排  15-17
第2章无线接收机概述  17-23
  2.1 相干接收机射频前端的系统结构  17-20
    2.1.1 超外差式接收机  17-18
    2.1.2 零中频接收机  18-19
    2.1.3 镜频抑制接收机  19-20
  2.2 基于能量检测的非相干射频接收机系统设计  20
  2.3 非相干接收机各模块指针分配  20-23
第3章超宽带低噪声放大器  23-49
  3.1 宽带LNA 设计  23-29
  3.2 使用CCC 与电流复用技术LNA 设计  29-39
    3.2.1 输入匹配分析  31-33
    3.2.2 噪声分析  33-34
    3.2.3 增益分析  34-36
    3.2.4 仿真结果分析  36-39
  3.3 使用增益平坦技术的负反馈组态LNA 设计  39-49
    3.3.1 输入匹配分析  40-41
    3.3.2 噪声分析  41-44
    3.3.3 增益分析  44-46
    3.3.4 仿真结果分析  46-49
第4章检波器设计  49-59
  4.1 检波器概述  49-50
  4.2 检波器设计  50-56
    4.2.1 平方电路  51-52
    4.2.2 翻转电压跟随器-电流检测电路  52-54
    4.2.3 跨导级  54-55
    4.2.4 其他电路设计  55-56
  4.3 检波器测试结果及分析  56-59
第5章比较器设计  59-67
  5.1 比较器概述  59-60
  5.2 预放大电路  60-61
  5.3 再生锁存比较电路  61-64
  5.4 锁存级电路  64-65
  5.5 比较器仿真结果分析  65-67
第6章接收机射频前端设计  67-75
  6.1 接收机原理图  67-68
  6.2 接收机版图设计考虑及PAD 说明  68-71
  6.3 接收机测试结果及分析  71-75
第7章结论与展望  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-83
在读期间收录的学术论文与取得的其它研究成果  83

脉冲体制超宽带非相干接收机的设计

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