發(fā)布時間：2018-03-24 05:17

  本文選題：無線體域網(wǎng)　切入點：收發(fā)機　出處：《電子科技大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：隨著人口老齡化速度的加快和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,用于人體健康應(yīng)用的無線通信系統(tǒng)應(yīng)運而生。從1996年體域網(wǎng)概念的最早提出到2012年IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)的正式確立,無線體域網(wǎng)(WBAN)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用是近年來研究的熱門課題。本文研究的主要內(nèi)容是參考協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和目前日本和歐美的無線體域網(wǎng)應(yīng)用,設(shè)計用于無線體域網(wǎng)的接收機和發(fā)射機。首先對比了WBAN的各個物理層,分析了各個物理層的應(yīng)用環(huán)境、優(yōu)勢和不足,本文的收發(fā)機主要工作在其中的400MHz頻段。400MHz在以人體為傳播媒介的傳輸中衰減較小這一特點,決定了該頻率主要用于植入芯片。收發(fā)機系統(tǒng)要求工作在400MHz~450MHz范圍,帶寬為1MHz,數(shù)據(jù)率為50kbps~150kbps,調(diào)制方式主要是π/2-DBPSK,π/4-DQPSK和GMSK。發(fā)射端要求最大輸出功率大于0dBm,誤差矢量模(EVM)因調(diào)制方式而異,約-11~-20dB,同時,要求發(fā)射機的相鄰信道功率比為-26dB。接收端要求靈敏度為-84~-95dBm,鄰道抑制為6~17dB,接收功率在-90dBm~-40dBm之間,此外,要求到達接收機輸出端的信號SNR為12dB。本文列舉了各種接收機和發(fā)射機結(jié)構(gòu),并分析了各自的優(yōu)缺點,最終根據(jù)設(shè)計要求選擇了低中頻結(jié)構(gòu),折中了頻帶選擇和信道選擇,最終中頻選擇為2MHz。系統(tǒng)工作頻段覆蓋400MHz~450MHz,屬于窄帶系統(tǒng),可以利用電感源級反饋結(jié)構(gòu)低噪聲放大器的低噪聲系數(shù)和低功耗優(yōu)勢�；祛l器選用的是雙平衡有源結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的線性度和消除偶次諧波失真�；祛l器下變頻到I/Q兩路信號,中頻信號經(jīng)過復(fù)數(shù)濾波器,最后經(jīng)過PGA放大輸出。濾波器選用的是有源Gm-C結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了中心頻率為2MHz,帶寬為1MHz,能滿足信道選擇和鏡像抑制的復(fù)數(shù)濾波器。為了應(yīng)對直流失調(diào)問題,PGA采用了DCOC輔助結(jié)構(gòu)。對于發(fā)射機端,主要是對PA的考慮,本文選擇的是AB類結(jié)構(gòu),能很好的滿足設(shè)計要求。本次設(shè)計選用的是GSMC0.18um工藝,從電路設(shè)計到版圖規(guī)劃實現(xiàn)都是在cadence環(huán)境下設(shè)計完成,部分設(shè)計中用到MATLAB,主要仿真工具為Spectre/SpectreRF。最終仿真結(jié)果顯示,接收部分噪聲系數(shù)為5dB,增益覆蓋范圍25~100dB,發(fā)射端最大輸出功率為10dBm,其他各項指標(biāo)都能滿足設(shè)計要求。
[Abstract]:With the acceleration of population aging and the development of semiconductor industry, wireless communication systems for human health applications have emerged. From the earliest concept of body area network in 1996 to the formal establishment of IEEE802.15.6 standard in 2012, The design and application of wireless body area network (WLAN) system is a hot topic in recent years. The main contents of this paper are the reference protocol standards and the current wireless body area network applications in Japan, Europe and the United States. The receiver and transmitter are designed for wireless body area network. Firstly, the physical layer of WBAN is compared, and the application environment, advantages and disadvantages of each physical layer are analyzed. In this paper, the transceiver mainly works in the 400MHz frequency band. 400MHz has less attenuation in the transmission using human body as the transmission medium, which determines that the frequency is mainly used for the chip implantation. The transceiver system requires that the transceiver system work in the 400MHz~450MHz range. The bandwidth is 1MHz and the data rate is 150kbps. the modulation mode is mainly 蟺 / 2-DBPSK, 蟺 / 4-DQPSK and GMSK. The maximum output power required by the transmitter is greater than 0dBm.The error vector mode (EVM) varies according to the modulation mode, about -11-20dB. at the same time, The adjacent channel power ratio of the transmitter is required to be -26dB. the sensitivity of the receiver is -84 ~ 95dBm, the adjacent channel suppression is 610dB, the receiving power is between -90dBmO and 40dBm. In addition, the signal SNR to the output end of the receiver is required to be 12dB.A variety of receiver and transmitter structures are listed in this paper. Their advantages and disadvantages are analyzed. Finally, the low intermediate frequency structure is selected according to the design requirements, and the intermediate frequency band selection and channel selection are compromised. The final intermediate frequency selection is 2MHz. The operating frequency band of the system covers 400MHz / 450MHz, which belongs to the narrowband system. The advantages of low noise coefficient and low power consumption of the low noise amplifier with inductance feedback structure can be utilized. The mixer uses a dual balanced active structure to improve the linearity of the system and eliminate even harmonic distortion. The mixer can be down-converted to the I / Q signal. The intermediate frequency signal passes through the complex number filter, and finally the output is amplified by PGA. The filter uses the active Gm-C structure. A complex filter with a central frequency of 2 MHz and a bandwidth of 1 MHz is realized. In order to cope with the DC misalignment problem, the DCOC auxiliary structure is adopted. For the transmitter, PA is mainly considered. This article chooses the AB class structure, can satisfy the design request very well. This design uses the GSMC0.18um process, from the circuit design to the layout plan realization is under the cadence environment design completes, MATLAB is used in part of the design, the main simulation tool is Spectre-SpectreRF.The final simulation results show that the received part of the noise coefficient is 5 dB, the gain coverage range is 25 ~ 100 dB, the maximum output power of the transmitter is 10 dBm. the other indexes can meet the design requirements.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN859

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本文編號：1656872