兼容双标准的超宽带模拟基带设计及接收器集成

论文摘要

超宽带（Ultra-wideband）无线通信是短距离无线通信的重要解决方案,在室内的传输距离内可以实现480Mbps的数据传输率。国际上UWB技术以多载波正交频分复用（MB-OFDM）为主流标准。2009年,考虑到中国现阶段的频谱使用情况和未来规划,工业与信息产业部提出了UWB中国国家标准草案,采用双载波一正交频分复用（Double Carrier-Orthogonal Frequency Division Multiplexing, DC-OFDM）调制方式。本论文主要研究能够兼容两种标准的超宽带接收器设计中存在的主要问题,提出相关解决方案,最终完成接收器芯片的实现与测试。首先,本文从系统角度并结合两种标准的技术特点,设计了基于直接变频的射频接收器架构。并通过链路预算,详细制定了接收器中各个模块的具体性能指标,以指导具体的模块实现,满足系统的要求。MB-OFDM与DC-OFDM主要区别在于子带带宽的不同,要同时兼容两种标准,就要求接收器中的信道选择滤波器的截止频率可以在两个带宽之间切换。本文提出了能够同时调谐跨导与电容的5阶切比雪夫滤波器,并对滤波器设计了基于自动锁幅原理的数字自校准方法,对滤波器的截止频率进行校准。在可变增益放大器设计中,本文采用了一种超级源级跟随器作为输入级的带有局部负反馈的放大器,这种放大器在百兆赫兹的带宽内可以实现很高的线性度。射频前端采用的是电阻负反馈的低噪声放大器以及折叠式的正交混频器,最后将射频前端与模拟基带部分进行版图拼接优化。在拼接过程中,考虑了版图布局,电路模块间隔离等关键问题,使用TSMC0.13μm RF CMOS工艺完成了芯片的集成。接收器的测试结果均满足系统的要求,能够同时兼容MB-OFDM与DC-OFDM两种标准,是国内首次提出DC-OFDM接收器芯片的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 超宽带研究现状
• 1.3 论文的研究内容和贡献
• 1.4 论文结构
• 第二章 射频接收器架构及系统指标
• 2.1 射频接收器主要参数定义
• 2.1.1 信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）
• 2.1.2 灵敏度与噪声
• 2.1.3 线性度（Linearity）
• 2.1.4 动态范围（Dynamic Range）与可变增益
• 2.2 射频接收器主要结构
• 2.2.1 两次变频接收器
• 2.2.2 直接变频接收器
• 2.3 双标准射频接收器链路参数
• 2.3.1 双标准射频接收器架构
• 2.3.2 射频接收器链路预算
• 2.3.3 接收器主要指标计算
• 2.3.4 接收器模块指标考虑
• 2.4 本章小结
• 第三章 双标准模拟基带链路的设计与优化
• 3.1 模拟基带链路架构与可测性设计
• 3.2 宽带可变增益放大器设计
• 3.2.1 可变增益放大器常用结构
• 3.2.2 可变增益放大器分析
• 3.2.3 可变增益放大器电路实现
• 3.3 宽调谐范围滤波器的设计
• 3.3.1 滤波器概述
• 3.3.2 高阶滤波器参数设计
• 3.3.3 滤波器架构设计
• 3.3.4 基于Gm-C结构的Biquad分析与设计
• 3.3.5 跨导电容的参数设计
• 3.3.6 高线性度跨导的设计
• 3.3.7 数字控制电容阵列（DCCA）的设计
• 3.4 频率自校准技术
• 3.4.1 频率自调谐电路简介
• 3.4.2 基于Magnitude-Locked-Loop的数字频率自调谐方法
• 3.4.3 自校准环路的电路设计
• 3.4.4 频率自校准环路仿真结果
• 3.5 测试缓冲器的设计
• 3.6 模拟基带链路的仿真结果
• 3.7 本章小结
• 第四章 射频接收器链路的集成与优化
• 4.1 射频前端设计
• 4.1.1 低噪声放大器
• 4.1.2 混频器设计
• 4.2 接收器集成
• 4.3 接收器后仿真结果
• 第五章 模拟基带链路与接收器链路的测试
• 5.1 总体测试方案
• 5.2 芯片实现与测试板
• 5.3 模拟基带测试
• 5.3.1 频率响应测试
• 5.3.2 噪声系数测试
• 5.3.3 线性度测试
• 5.3.4 模拟基带性能总结与指标对比
• 5.3.5 滤波器频率自校准测试
• 5.4 接收器测试
• 5.4.1 直流工作点测试
• 5.4.2 输入匹配测试
• 5.4.3 噪声系数测试
• 5.4.4 转换增益测试
• 5.4.5 线性度测试
• 5.4.6 接收器测试汇总
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士学位期间的研究成果
• 致谢