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应用于短距离器件的带片上自校准技术接收机的研究与实现

2020-12-07阅读(785)

应用于短距离器件的带片上自校准技术接收机的研究与实现

论文摘要

短距离器件（Short Range Devices,SRD）在远程抄表,无线安防,设备管理以及监控等方面有着广泛的应用,涵盖了工业、健康、消费、安全、交通以及汽车电子等领域。本论文从应用于ISM频段SRD接收机的研究为出发点,着眼于低功耗和低成本的高集成度接收机的设计,以满足SRD的市场定位。接收机的工作频率、调制方式、系统架构、工艺以及电路模块的设计等方面均在满足性能的前提下进行了功耗和成本的优化,并提出了用于接收机的自校准电路。在总结目前广泛采用的几种接收机系统架构的基础上,本文根据典型的SRD协议ETSI EN300 220（欧洲）和ARIB STD T-67（日本）,提出了最适合SRD应用的低中频方案,并详细的分析和制定了工作在315/433MHz接收机的系统性能指标。针对影响接收机信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）最主要的三种非理想因素,本文提出了相应的片上自校准技术,主要包括了:I/Q失配自动校准电路,自动增益控制（AGC）以及用于片上时钟的自动频率校准技术（AFC）。片上自校准模块均采用数字电路实现,占用的芯片面积小,功耗低。介绍了接收机各部分电路的设计,主要包括了低噪声放大器、正交下混频器、复数滤波器、可变增益放大器以及校准电路。在低噪声放大器的设计中,输入级采用电容交叉耦合的共栅结构不仅实现315MHz以及433MHz两个频段的同时匹配,还对噪声性能和功耗进行了优化;提出了一种正交下混频器,具有较高的线性度;针对所采用的低中频接收机结构,采用了四阶Gm-C型Butterworth复数滤波器以抑制镜像信号;为了提高接收机的动态范围,采用了增益级和衰减级级联的增益可变放大器结构。整个接收机只有压控振荡器（VCO）不可避免的采用一个差分电感,具有很高的集成度。本论文还实现了应用于SRD的接收机,芯片由0.25-μm CMOS标准工艺制造。接收机的输入匹配在两个频段均小于-20dB,低噪放具有四档可变增益,以5dB/档变化。接收机射频前端在最低增益时的噪声系数约为8.4dB,最高增益时的IIP3约为-12dBm,基本满足系统要求。接收电路占芯片面积为1.3mm×0.7mm,由2.5V单电源供电,功耗为12.5mW。

论文目录

  • 目录
  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 前言
  • 1.1 论文的研究背景
  • 1.2 研究现状
  • 1.3 论文的主要工作和创新
  • 1.3.1 论文的主要工作
  • 1.3.2 论文的创新点
  • 1.4 论文的组织安排
  • 第二章 无线接收机性能指标
  • 2.1 无线接收机的体系结构
  • 2.1.1 超外差式接收机结构
  • 2.1.2 直接转换零中频接收机
  • 2.1.3 低中频接收机
  • 2.2 射频接收机系统指标性能指标
  • b/N0和SNR'>2.2.1 BER、Eb/N0和SNR
  • 2.2.2 系统增益
  • 2.2.3 噪声系数和灵敏度
  • 2.2.4 线性度
  • 2.2.5 动态范围
  • 2.3 接收机中的非理性因素
  • 2.3.1 输入信号强度的变化
  • 2.3.2 I/Q失配
  • 2.3.3 本振信号的相位噪声
  • 2.4 用于SRD的接收机系统设计
  • 2.4.1 接收机的具体要求
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 低噪声放大器
  • 3.1 器件的噪声模型
  • 3.1.1 电阻的噪声模型
  • 3.1.2 电抗的噪声模型
  • 3.1.3 深亚微米MOS的噪声
  • 3.2 低噪声放大器的阻抗匹配
  • 3.2.1 窄带匹配
  • 3.2.2 宽带匹配
  • 3.3 用于SRD接收机的LNA
  • 3.3.1 LNA输入匹配级电路实现
  • 3.3.2 LNA可变增益级电路实现
  • 3.3.3 LNA的仿真结果
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 混频器的研究及实现
  • 4.1 混频器原理与性能指标
  • 4.2 混频器结构
  • 4.2.1 无源混频器
  • 4.2.2 有源混频器
  • 4.3 SRD接收机中混频器的电路实现
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 I/Q失配校准电路和复数滤波器的实现
  • 5.1 镜像信号干扰
  • 5.2 I/Q失配
  • 5.2.1 I/Q失配的影响
  • 5.2.2 I/Q失配的校准
  • 5.2.3 复数滤波器的分析与设计
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 增益自动控制的研究及实现
  • 6.1 自动增益校准技术的实现方法
  • 6.1.1 模拟自动增益控制
  • 6.1.2 混合式自动增益控制
  • 6.1.3 数字自动增益控制
  • 6.2 数字控制式VGA
  • 6.3 用于SRD的AGC设计
  • 6.3.1 AGC控制电路
  • 6.3.2 VGA的设计
  • 6.3.3 增益可变放大器仿真结果
  • 6.4 本章小结
  • 第七章 接收机电路实现与测试
  • 第八章 总结和展望
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

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