本文關(guān)鍵詞： 無線傳感器網(wǎng)絡 低電壓 中頻電路 復數(shù)濾波器 限幅放大器　出處：《東南大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(WSN),是由大量微型傳感器節(jié)點通過無線通信的方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)。無線傳感器節(jié)點一般由電池供電,為了延長節(jié)點的工作壽命,應盡可能降低節(jié)點工作電壓,減小節(jié)點功耗,故低電壓低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)之一。中頻電路作為集成電路系統(tǒng)和WSN的重要組成部分,在射頻收發(fā)芯片中起著抑制干擾信號和控制信號幅度等關(guān)鍵作用,為了促進無線傳感器網(wǎng)絡的大規(guī)模應用,研究應用于WSN的低電壓低功耗中頻電路具有重要意義。本文采用TSMC0.18μm RFCMOS工藝設計并實現(xiàn)了應用于WSN射頻收發(fā)芯片中低電壓中頻電路,中頻電路包含復數(shù)濾波器和限幅放大器兩個模塊。其中復數(shù)濾波器由有源復數(shù)濾波器與無源多相濾波器組合而成,這種組合解決了復數(shù)濾波器高鏡像抑制與低功耗之間的矛盾。針對有源復數(shù)濾波器,本文提出了極點構(gòu)造法簡化了其設計流程,通過三個單極點復數(shù)濾波器的直接耦合構(gòu)成三階巴特沃斯有源復數(shù)濾波器。為了提高有源復數(shù)濾波器的線性度,降低其功耗,單極點復數(shù)濾波器的設計利用了源級負反饋、負阻等技術(shù),同時通過恒跨導偏置電路減小濾波器參數(shù)隨工藝角溫度的影響。針對限幅放大器,本文設計了自偏置負載結(jié)構(gòu)的放大單元和直流失調(diào)消除單元,實現(xiàn)了高增益和低功耗的單元電路,同時本文詳細推導了直流失調(diào)反饋環(huán)路的濾波參數(shù)與增益之間的關(guān)系,指出了低中頻輸入信號將導致版圖面積過大或功耗過高等問題,為了實現(xiàn)版圖面積與功耗的折中,本文設計了帶有多個直流失調(diào)反饋環(huán)路的限幅放大器結(jié)構(gòu)。芯片測試結(jié)果表明,復數(shù)濾波器通帶帶寬為0.37～4.1MHz,輸入1dB壓縮點為-17.1dBm,中頻頻率處的增益為1.04dB,鏡像抑制為38.34dB,鄰道抑制為20.77dB,相隔信道抑制為37.49dB,工作電流為154μA。限幅放大器工作頻率覆蓋1～3MHz,最小輸入信號幅度為-59dBm,工作電流為759μA。整個中頻電路工作電壓為IV,工作電流不超過1mA。
[Abstract]:Wireless sensor network (WSNN) is a multi-hop ad hoc network system formed by a large number of micro-sensor nodes through wireless communication. Wireless sensor nodes are generally powered by batteries. In order to prolong the working life of the node, the working voltage of the node should be reduced as much as possible and the power consumption of the node should be reduced. Therefore, low voltage and low power consumption is one of the key technologies in wireless sensor networks. Intermediate frequency circuit is an important part of integrated circuit system and WSN. In order to promote the large-scale application of wireless sensor networks, it plays a key role in suppressing interference signals and controlling the amplitude of signals in RF transceiver chips. It is of great significance to study the low voltage and low power if circuit used in WSN. The TSMC0.18 渭 m is used in this paper. The low voltage if circuit used in WSN RF transceiver chip is designed and implemented by RFCMOS process. If circuit includes two modules: complex filter and limiting amplifier. The complex filter is composed of active complex filter and passive polyphase filter. This combination solves the contradiction between high image suppression and low power consumption of complex filters. For active complex filters, a pole construction method is proposed to simplify the design process. The third order Butterworth active complex filter is constructed by the direct coupling of three single pole complex filters. In order to improve the linearity of the active complex filter and reduce its power consumption. The single pole complex filter is designed by using the techniques of source level negative feedback, negative resistance and constant transconductance bias circuit to reduce the influence of filter parameters on the temperature of the process angle. In this paper, a self-bias load structure amplifier unit and a DC offset cancellation unit are designed to achieve high gain and low power consumption of the cell circuit. At the same time, the relationship between filter parameters and gain of DC offset feedback loop is deduced in detail, and it is pointed out that low if input signal will lead to too large layout area or too high power consumption and so on. In order to achieve the tradeoff between layout area and power consumption, a limiting amplifier structure with multiple DC offset feedback loops is designed. The chip test results show that. The passband bandwidth of the complex filter is 0.37 ~ 4.1MHz, the input 1dB compression point is -17.1 dBm, the gain at the intermediate frequency is 1.04dB, and the mirror image suppression is 38.34dB. The adjacent channel suppression is 20.77 dB, the interval channel suppression is 37.49 dB, the operating current is 154 渭 A. The minimum input signal amplitude is -59dBm, the working current is 759 渭 A. the working voltage of the whole intermediate frequency circuit is IVand the working current is not more than 1 Ma.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：1482795