【摘要】：超寬帶(UWB)無線通信技術(shù)是一種高數(shù)據(jù)率、低功耗的短距離無線通信技術(shù)。本文旨在面向載波模式的超寬帶無線通信射頻收發(fā)芯片,設(shè)計接收機中的模擬基帶電路。超寬帶標(biāo)準(zhǔn)支持的信道帶寬為528MHz,采用正交頻分復(fù)用技術(shù),要求模擬基帶電路完成264MHz頻帶內(nèi)的增益控制及信道濾波。本文結(jié)合超寬帶射頻接收機構(gòu)架,分析并推導(dǎo)出模擬基帶電路的設(shè)計指標(biāo)。根據(jù)指標(biāo)研究并設(shè)計合適的電路實現(xiàn)方案,本設(shè)計采用電流模式的可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier,PGA)和信道選擇濾波器(Channel Selection Filter, CSF),并設(shè)計跨導(dǎo)級電路和跨阻級電路,與系統(tǒng)前后級電路級聯(lián),其中還包括直流失調(diào)消除電路。在可編程增益放大器的設(shè)計中,首先由指標(biāo)要求分析最佳的增益單元級聯(lián)數(shù)是五級,然后系統(tǒng)地歸納了常用結(jié)構(gòu)的特點�？紤]到高帶寬、高增益變化范圍的要求,在歸納總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上本文設(shè)計了電流模式的PGA。本文具體分析了電流模式PGA的電路結(jié)構(gòu),包括電流模式PGA的輸入和輸出阻抗優(yōu)化方法、帶寬擴(kuò)展方法、增益可調(diào)的實現(xiàn)以及噪聲性能,并給出了可編程增益放大器的仿真結(jié)果。在信道選擇低通濾波器的設(shè)計中,首先歸納了Gm-C結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,相比于Active-RC結(jié)構(gòu)更適合于高頻應(yīng)用,所以本文選用Gm-C結(jié)構(gòu)。然后系統(tǒng)地闡述了Gm-C濾波器的基本電路特性和設(shè)計方法,總結(jié)了Gm-C濾波器設(shè)計中的相關(guān)系統(tǒng)考慮,包括二階單元級聯(lián)的綜合方法、二階單元級聯(lián)的考慮、信噪比與功耗的折中關(guān)系以及運算跨導(dǎo)放大器(Operational Transconduct Amplifier, OTA)非理想特性的影響。本文Gm-C濾波器的設(shè)計,根據(jù)六階切比雪夫低通原型綜合出各二階單元的電路參數(shù),其中采用基于超級源跟隨結(jié)構(gòu)的雙輸出OTA。本文分析了雙輸出OTA局部反饋提高跨導(dǎo)線性度的原理,采用六個雙輸出OTA實現(xiàn)了六階低通濾波器,最后給出濾波器的頻率響應(yīng)、噪聲和線性度的仿真結(jié)果。對于完整的模擬基帶電路,本文還具體分析了直流失調(diào)的產(chǎn)生機制、對電路性能的惡化和消除直流失調(diào)的方法,并詳細(xì)地闡述了直流失調(diào)消除電路的結(jié)構(gòu)。本文模擬基帶電路還包括跨導(dǎo)級電路,跨阻級電路,輸出緩沖電路和數(shù)字控制電路。本文對跨導(dǎo)級電路,跨阻級電路和輸出緩沖器的電路實現(xiàn)也做了分析。最后整合各個模塊,完成了模擬基帶鏈路的實現(xiàn)方案。本設(shè)計的所有電路模塊都通過后仿真驗證�？紤]到版圖對性能的重要影響,本文歸納了模擬版圖設(shè)計的注意點,設(shè)計各模塊的版圖,并整合出整個模擬基帶電路,包括兩個版本的版圖。該模擬基帶電路采用TSMC 0.13μm RF CMOS工藝,已完成流片。后仿真結(jié)果表明,本設(shè)計的模擬基帶電路的增益變化范圍為0dB到60dB,增益步長為2dB,工作帶寬為2-264MHz,最大增益時的噪聲指數(shù)為22dB,IIP3為-41dBm,滿足載波模式超寬帶射頻接收機的指標(biāo)要求。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN851

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