适用于短距离通信的窄带低功耗射频发射机的研究

论文摘要

短距离窄带通信产品是消费类市场中比较受欢迎的一种无线通信产品,随着世界范围内日趋成熟的深亚微米工艺技术的发展,使得低成本低功耗CMOS单片全集成收发器的科学研究和产品生产有着日趋重要的意义。本论文从无线通信系统要求出发,首先简要回顾了用于无线通信的发送器作用、应用背景和它的性能指标定义,简述了几种常见无线通信协议的指标要求,它的结构分类,根据短距离窄带通信的系统要求提出了一种可用于SRD的窄带低功耗VCO间接调制结构的无线射频发送器。在电路设计上,本论文将重点放在发送器中射频功放电路的研究和设计。首先介绍了功放的种类,功放的指标定义,功放的线性化技术以及功放电路中的匹配问题,然后对功放电路设计过程中的注意事项进行总结,接着对开漏输出放大器的结构特点和交直流电路分析以及其匹配上具有的独特优势进行研究和总结,最后用这些基础知识指导本文的电路设计,设计了符合系统要求的低功耗,低成本且功率多档可调的射频功放电路。另外本文还简单介绍了应用于该SRD系统中时钟电路的部分模块。在电路实现上,对该低功耗短距离通信发送器模块进行了电路单独仿真,并且已经用chartered 0.35μm CMOS工艺完成版图设计,并集成到单片的无线收发机中。测试结果表明:该发送器的最大输出功率为4dBm,包括时钟在内总共消耗电流29mA,在最大输出功率前提下邻近信道功率-20dBm。除了最大输出功率有所偏差外,其他指标均满足系统提出的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 短距离无线通信协议标准简介
• 1.2.1 802.11b标准介绍
• 1.2.2 Bluetooth（蓝牙）标准介绍
• 1.2.3 EN300 220标准介绍
• 1.3 论文的主要工作和贡献
• 1.3.1 论文的主要工作
• 1.3.2 论文的主要创新
• 1.4 论文的组织安排
• 第2章 无线射频系统对发送器的系统指标要求
• 2.1 发送器的工作原理及系统性能指标定义
• 2.1.1 最大输出功率
• 2.1.2 调制精度
• 2.1.3 邻近信道功率/邻近信道功率比
• 2.1.4 小结
• 2.2 常用的发送器结构比较
• 2.2.1 直接转换发送器结构
• 2.2.2 两步式发送器结构
• 2.2.3 失调锁相环结构（OPLL,Offset-PLL）
• 2.2.4 VCO间接调制结构
• 2.2.5 小结
• 2.3 适用于SRD的射频发送器的结构选取和系统指标
• 2.3.1 射频发送器的结构选取
• 2.3.2 发送器的系统指标和信号流程
• 2.4 适合于本系统的时钟电路的实现
• 2.4.1 鉴频鉴相器（PFD）
• 2.4.2 电荷泵（CP）
• 2.4.3 压控振荡器（VCO）
• 2.4.4 二分频电路
• 2.4.5 参考源时钟电路的设计（XOSC）
• 2.5 本章小结
• 第3章 低功耗功率可调功放的设计与实现
• 3.1 功率放大器的指标定义
• 3.2 功率放大器的分类
• 3.2.1 A类放大器
• 3.2.2 B类放大器
• 3.2.3 C类放大器
• 3.2.4 AB类及其他放大器
• 3.2.5 小结
• 3.3 CMOS功率放大器设计考虑
• 3.4 功率放大器的输出匹配
• 3.5 功放的线性化技术
• 3.5.1 前馈技术
• 3.5.2 Doherty Amplifier
• 3.5.3 EER（Envelope Elimination and restoration）
• 3.5.4 LINC（Linear Amplification Using Nonlinear Components）
• 3.5.5 线性化技术总结
• 3.6 低电压开漏输出的放大电路结构
• 3.7 适用于短距离通信系统的低功耗功率可调功放的设计
• 3.7.1 功放核心电路的分析
• 3.7.2 多级功率可调的实现
• 3.7.3 电路仿真结果
• 3.7.4 PA版图考虑及收发器总体版图
• 3.8 本章小结
• 第4章 电路的实现和测试
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢