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超宽带无线通信系统中低位宽超高速模数转换器的设计

作　者: 卢灿星
导　师: 黄鲁
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 电路与系统
关键词: 超宽带通信技术 全并行模数转换器 低摆幅 电流模式逻辑 低功耗
分类号: TN792
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


现阶段短距无线通信网络一般孤立地工作在室内家庭和办公环境中,或相对较封闭的环境,尚未有大型的无线广域基础设施集成,但这种现状有望随着超宽带(Ultra Wide Band, UWB)技术的发展而被突破。超宽带通信技术作为一种主要的高速短距无线传输手段,是未来短距无线通信环境的重要组成部分,在通信、消费电子、计算机等领域有广泛应用前景。超宽带通信技术强调“三低一高”的特点:低频谱密度、低功耗、低成本和高速率,本系统针对脉冲信号在时域上被高度压缩、信号具有极高瞬时信噪比的特点,提出一种低位宽取样的脉冲超宽带接收方法。低位宽取样接收是指对接收的脉冲信号进行1～2比特的乃奎斯特取样量化,然后在数字域完成信号接收解调。本设计的主要目的是研制出适用于集成超宽带系统芯片的模数转换器。在对几种典型结构模数转换器的性能进行了分析比较后得出结论:全并行式结构模数转换器适用于中低分辨率、超高采样速率的应用领域,具有结构最简单、转换速率快等特点,而且由于系统的低位宽取样特点,为超宽带无线通信系统集成设计的模数转换器采用并行式结构提供了一个解决低功耗问题的最佳选择。前期研究结果表明,在一定条件下,2比特位宽取样接收信号的信噪比损失只有0.5dB。为此,我们设计了一个2比特分辨率、4GS/s采样率低功耗的高速全并行模数转换器,它是系统集成的主要功耗来源,因此设计低功耗高速率的模数转换器成为系统集成的重点和难点。本文设计的模数转换器电路采用非时间交替(non-time-interleaved)的全并行结构,无需通道失配校准,在模拟电路部分采用差分低摆幅电平,在数字电路部分采用电流模式逻辑(CML)电平,从而保证了高速率并有效限制了低功耗,减小了噪声干扰。此外,电路中设计了差分电阻参考网络来减小由于输入信号串扰造成的参考电平误差。本设计采用0.18μm 1P6M CMOS工艺流程制造,在1.8V电源供电下消耗功率56mW。在输入信号为1GHz的模拟信号采样率为4GS/s时,经FFT频谱分析,有效位数(effective number of bits, ENOB)达到1.86比特。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 研究背景  10-12
  1.2 研究现状  12-13
  1.3 本文的工作及组织结构  13-14
第2章 模数转换器概述  14-29
  2.1 模数转换器基本工作原理  14-15
  2.2 模数转换器的参数  15-24
    2.2.1 静态性能指标  16-20
    2.2.2 动态性能指标  20-24
  2.3 高速模数转换器的各种架构原理  24-28
    2.3.1 全并行模数转换器（Flash ADC）  24-25
    2.3.2 两步式模数转换器（Two-step ADC）  25
    2.3.3 流水线型模数转换器（Pipeline ADC）  25-26
    2.3.4 内插型模数转换器（Interpolating ADC）  26-27
    2.3.5 折叠式模数转换器（Folding ADC）  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 低位宽高速全并行 ADC 设计  29-49
  3.1 概述  29-30
  3.2 电路子模块设计  30-47
    3.2.1 电阻分压网络  30-33
    3.2.2 比较器模块  33-39
    3.2.3 温度计-二进制编码模块  39-41
    3.2.4 串转并电路模块  41-42
    3.2.5 输出转换模块  42-44
    3.2.6 时钟驱动  44-46
    3.2.7 小结  46-47
  3.3 ADC 总体仿真结果  47-49
第4章 版图设计和仿真  49-68
  4.1 版图设计  49-54
    4.1.1 ADC 版图设计  49-51
    4.1.2 版图设计的考虑因素  51-54
  4.2 后仿真  54-56
    4.2.1 后仿真结果  54-55
    4.2.2 结果讨论  55-56
  4.3 测试  56-67
    4.3.1 测试环境  57-58
    4.3.2 测试 PCB 板制作及 PAD 说明  58-62
    4.3.3 邦定测试  62-67
    4.3.4 测试结果讨论  67
  4.4 本章小结  67-68
第5章 总结与展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  73

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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 > 数字电路 > 数模、数模转换电路
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