数模混合信号系统研究 ——射频接收机的仿真设计

论文摘要

随着数字技术的发展和应用频率的提高,人们越来越趋向于在较高的频率段也实现数字化,随之对于混合信号系统设计的要求便越来越迫切。伴随着对混合信号系统设计需求的不断增长,混合信号系统设计也越来越受到人们的重视。目前,混合信号系统的设计方法有两种:一种是采用Spice 软件进行自底向上的设计方法;另一种方法与数字电路设计类似,采用硬件描述的方法。目前有两种硬件描述语言标准:VHDL—AMS 和Verilog—AMS 用于对混合信号系统的设计进行描述。虽然已经有了诸如Cadence 和Synopsys 的EDA 设计环境,但是他们对混合信号系统设计的支持仍存在有局限性。本文在深入研究射频电路理论、模拟CMOS 电路理论以及滤波器电路理论的基础上,结合软件无线电思想,提出了一个运用可控频段滤波器的射频接收机模型,设计了一个增益为25dB 的甲类射频功率放大器,一个通带波纹-3dB、阻带衰减-20dB 的射频滤波器,一个数控8 段LC 滤波器,一个增益不小于50dB的100MHz 中频放大器,和一个8 位ADC 转换器。本设计采用的是安捷伦公司的ADS 软件,利用Analog/RF 平台对混合信号系统进行建模与仿真。在本设计中重点解决了高频功率放大器匹配网络的设计问题,数控滤波器中模拟与数字部分的接口问题,以及中频放大器和ADC 转换器中的比较电路的偏置问题。通过以上问题的解决,在系统设计中的电压转换设计、ADC 转换器设计、以及数控多频段滤波器设计中体现了模拟数字混合的概念。通过对RF 接收机作为研究对象,探索了使用ADS 软件进行数模混合信号设计的方法,说明了运用ADS 软件进行混合信号设计是有效可行的。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 数字模拟混合信号系统研究的现状和意义
• 1.2 设计环境ADS 软件简介
• 1.3 本论文的设计任务和设计内容
• 第二章 射频放大器设计
• 2.1 双端口网络及S 参量
• 2.1.1 S 参量定义
• 2.1.2 S 参量的物理意义
• 2.2 BJT 双极结型晶体管
• 2.2.1 BJT 结构
• 2.2.2 BJT 晶体管的功能
• 2.2.3 频率响应
• 2.3 匹配网络与偏置网络
• 2.3.1 分立元件的匹配网络
• 2.3.2 匹配禁区
• 2.3.3 偏置网络
• 2.4 射频功率放大器设计
• 第三章 滤波器设计
• 3.1 滤波器基础
• 3.2 切比雪夫滤波器的实现
• 3.3 低通原型滤波器的反归一化
• 3.4 滤波器设计
• 3.4.1 射频滤波器设计
• 3.4.2 数控多频段滤波器
• 第四章 模拟CMOS 电路设计
• 4.1 MOS 器件物理基础
• 4.1.1 MOS 开关及MOSFET 的结构
• 4.1.2 MOS 管的I/V 特性
• 4.1.3 MOS 三极管的二级效应
• 4.2 MOS 器件模型
• 4.2.1 MOS 器件电容
• 4.2.2 MOS 小信号模型
• 4.2.3 MOS Spice 模型
• 4.3 CMOS 运算放大器设计
• 4.3.1 三极管偏置点的计算
• 第五章 ADC 转换器设计
• 5.1 奈奎斯特采样定理
• 5.2 并行A/D 转换器
• 5.3 ADC 设计
• 5.3.1 CMOS 反相器
• 5.3.2 CMOS 与非门
• 5.3.3 CMOS 或非门
• 5.3.4 比较器设计
• 5.3.5 A/D 电路结构
• 第六章 混合信号系统设计综述
• 6.1 混合信号系统设计
• 6.2 设计中解决的主要问题
• 6.2.1 高频功率放大器的匹配问题
• 6.2.2 数控滤波器中模拟和数字部分接口问题
• 6.2.3 中频放大器以及ADC 中的比较电路的偏置问题
• 6.3 混合信号系统的研究方向
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢