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应用于超宽带6-9GHz的射频前端分析

2020-12-11阅读(716)

应用于超宽带6-9GHz的射频前端分析

论文摘要

超宽带（Ultra-Wideband, UWB）无线通信技术是实现无线个人局域网（Wireless Personal Area Network, WPAN）的几种主要解决方案之一,除此之外,还包括诸如IEEE802.11b、Home RF、Bluetooth等方案。而超宽带以其高性能、低功耗、高数据传输率等特点在近几年得到广泛关注和重视,并逐渐成为国内外研究的热点之一。本论文研究并设计了应用于6-9GHz UWB接收机中的射频前端电路。该频段不仅覆盖UWB中国标准的高频段部分,同时也符合欧洲、日本和韩国等国家的UWB频谱政策,而且只要适当的增加两个频点就可以完全兼容Wimedia标准的两个完整的Band Group （Band Group#3和#4）。该前端电路包括低噪声放大器（Low Noise Amplifier, LNA）和下变频混频器（Down-conversion Mixer）及其辅助电路。在本设计中,对由采用电阻负反馈结构的LNA和折叠式I/Q合并的Mixer构成的前端电路进行了两次流片和测试,第二版在第一版的基础上调整了增益可变部分的分配,大大优化了整个前端电路甚至整个接收机链路的性能。另外还对单端输入差分输出的LNA进行了研究和分析,并对采用此结构的LNA和采用电流注入复用技术的I/Q正交合并Mixer组成的前端部分也进行了流片和分析。本论文首先从MB-OFDM UWB系统指标入手,详细分析并计算了超宽带接收机及射频前端部分的系统参数,给出了具体设计指标,然后分析比较了几种常见的接收机架构并选取了零中频结构作为本设计中接收机的实现方案；接下来详细分析和推导了设计中所采用的两种结构的低噪声放大器以及下变频混频器的各种性能,包括输入匹配、转换增益、噪声系数以及线性度等主要性能,比较分析了两种结构各自的优缺点,以便在以后的后续设计和工作中借鉴参考。论文的最后部分讨论了芯片在物理实现过程中的一些注意事项,然后详细介绍了芯片的测试方法并分别给出了版本一的测试结果和版本二的后仿真结果,为以后的进一步工作提供基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1. 概论
  • 1.1 课题研究背景和研究现状
  • 1.2 论文的主要工作和贡献
  • 1.3 论文的组织结构
  • 2. 接收机系统
  • 2.1 接收机分类
  • 2.2 接收机参数分析
  • 2.3 接收机链路预算及模块指标分配
  • 3. 低噪声放大器
  • 3.1 传统窄带LNA和宽带LNA的设计
  • 3.2 基于电阻负反馈结构的LNA分析与设计
  • 3.2.1 基本理论分析
  • 3.2.2 可变增益的实现
  • 3.2.3 电路实现及后仿结果
  • 3.3 单端输入差分输出LNA的分析与设计
  • 3.3.1 传统的单转双LNA
  • 3.3.2 改进的单转双LNA
  • 3.3.3 电路实现及后仿结果
  • 4. 下变频混频器
  • 4.1 混频器基本工作原理
  • 4.2 常见的混频器结构
  • 4.2.1 无源混频器
  • 4.2.2 有源混频器
  • 4.2.3 正交混频器
  • 4.3 设计所采用的两种结构混频器
  • 4.3.1 折叠式I/O正交合并的增益可变混频器
  • 4.3.2 电流注入复用型I/Q正交合并的增益可变混频器
  • 5. 射频前端的实现和测试
  • 5.1 低噪声放大器和下变频混频器的级联设计
  • 5.1.1 版本一的级联设计
  • 5.1.2 版本二的级联设计
  • 5.2 前端模块的版图实现
  • 5.3 前端模块的后仿真和测试结果
  • 5.3.1 版本一的测试结果
  • 5.3.2 版本二的后仿真结果
  • 6. 总结和展望
  • 参考文献
  • 致谢

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