本文關(guān)鍵詞：人體介質(zhì)通信自動增益控制接收前端芯片的研究與設(shè)計

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【摘要】：人體通信的概念首先由美國麻省理工學(xué)院提出,該通訊方式把人體作為信號傳輸通道,實現(xiàn)信號在人體表面或內(nèi)部傳輸。采用人體通信技術(shù),可以實現(xiàn)人與人之間所持便攜式電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。與常見無線通信技術(shù)相比,該技術(shù)具有連接方便、不易受外界噪聲干擾、對外輻射小、低功耗及高保密性等優(yōu)點。目前人體通信系統(tǒng)主要通過兩種方式將信號耦合到人體信道:電流耦合和電容耦合。電流耦合將人體當(dāng)作導(dǎo)體,需要從人體接導(dǎo)線引出信號而且?guī)捳?電容耦合不需要導(dǎo)線,一個電極可以與人體保持一定的距離,另一個電極可以懸空而且?guī)挶容^寬。本文針對人體信道通信中寬頻帶的特點,旨在設(shè)計一種應(yīng)用于電容耦合方式人體介質(zhì)通信的寬頻帶、大接收動態(tài)范圍、高輸入阻抗和高增益的接收前端芯片。該芯片包括單端轉(zhuǎn)差分寬頻帶低噪聲放大器(LNA)、濾波電路和寬頻帶自動增益控制放大器(AGC)等關(guān)鍵電路。在人體信道中,由于電容耦合方式輸入阻抗高,輸入信號處于中低頻段。因此,本文提出一種由共源共柵和共源放大電路組成的單端轉(zhuǎn)差分LNA,該LNA具有高輸入阻抗、寬頻帶、噪聲消除、高增益和無需大面積電感及電容器件的特性。信號的衰減程度隨著傳輸距離、載波頻率和人體關(guān)節(jié)部位變化而變化,接收信號動態(tài)范圍較大,在不同輸入信號的幅值下,自動調(diào)整放大電路的增益變得尤為重要。因此,本文提出一種新的AGC電路,該電路利用了dB線性(d B-linear)近似方法和有源負(fù)載零極點補償技術(shù),使AGC具有低復(fù)雜度、低功耗、寬dB-linear范圍和寬頻帶的特點。本文采用180nm CMOS工藝對提出的人體介質(zhì)通信接收前端芯片進行了前端電路設(shè)計、后端物理版圖的設(shè)計與驗證。芯片采用1.8V供電,后仿真結(jié)果顯示:LNA的帶寬為1MHz~537MHz,輸入等效噪聲為2.301nV/(Hz)~(1/2),增益為22dB,消耗電流767mA;AGC的增益控制范圍-25~67dB,dB-Linear范圍是62dB(誤差±1dB),帶寬1MHz~125MHz,消耗電流為1.6mA。整個接收前端芯片能滿足人體信道通信對信號增益和帶寬要求。
【關(guān)鍵詞】：人體介質(zhì)通信 低噪聲放大器 自動增益控制
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN851;TN402
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第二章 人體介質(zhì)通信接收前端芯片系統(tǒng)方案設(shè)計16-35
• 2.1 人體信道信號耦合方式16-19
• 2.1.1 電流耦合16-18
• 2.1.2 電容耦合18-19
• 2.2 電容耦合人體信道頻率特性19-21
• 2.3 前端芯片系統(tǒng)方案設(shè)計21-22
• 2.4 LNA方案設(shè)計22-29
• 2.4.1 LNA主要性能參數(shù)23-27
• 2.4.2 LNA關(guān)鍵指標(biāo)的擬定27-28
• 2.4.3 LNA結(jié)構(gòu)28-29
• 2.5 AGC方案設(shè)計29-34
• 2.5.1 AGC主要性能參數(shù)29-32
• 2.5.2 AGC關(guān)鍵指標(biāo)的擬定32-33
• 2.5.3 AGC放大器結(jié)構(gòu)33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第三章 高輸入阻抗、寬頻帶單端轉(zhuǎn)差分LNA設(shè)計35-43
• 3.1 低噪聲技術(shù)35-38
• 3.1.1 電容交叉耦合35-36
• 3.1.2 噪聲反饋與噪聲消除36-37
• 3.1.3 單端轉(zhuǎn)差分噪聲消除37-38
• 3.2 高輸入阻抗、寬頻帶單端轉(zhuǎn)差分LNA設(shè)計38-39
• 3.3 LNA版圖設(shè)計和后仿真39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 低復(fù)雜度寬帶AGC設(shè)計43-57
• 4.1 VGA設(shè)計43-53
• 4.1.1 dB-Linear技術(shù)43-45
• 4.1.2 dB-Linear的實現(xiàn)45-47
• 4.1.3 gm-boost對d B-Linear的改善47-48
• 4.1.4 有源負(fù)載零極點補償48-50
• 4.1.5 VGA版圖設(shè)計和后仿真50-53
• 4.2 自動增益控制放大器其它模塊設(shè)計53-55
• 4.2.1 檢波器設(shè)計53-54
• 4.2.2 比較控制器設(shè)計54-55
• 4.3 AGC動態(tài)范圍和瞬態(tài)后仿真55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 接收前端芯片版圖設(shè)計和后仿真57-61
• 5.1 人體介質(zhì)通信接收前端芯片的版圖設(shè)計57-58
• 5.2 人體介質(zhì)通信接收前端芯片的后仿真58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 總結(jié)與展望61-63
• 總結(jié)61
• 展望61-63
• 參考文獻63-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果68-69
• 致謝69-70
• Ⅳ-2答辯委員會對論文的評定意見70

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