NB-IoT发射机中模拟基带电路的研究与设计

发布时间：2020-06-11 06:01

【摘要】：窄带物联网(NB-IoT)是物联网技术发展的一个重要分支,相比传统通讯方式,NBIoT可以在不增加网络硬件设备的前提下,为物联网低速数据提供了功耗和成本更低,覆盖范围更广的解决方案。为了更好地满足NB-IoT系统的要求,本论文中芯片采用了全集成片上系统(SOC),将数字电路,模拟电路和射频电路集成为一个单芯片的数字通信系统。本文结合NB-IoT的系统要求,通信原理,电路设计原理等相关知识,对NBIoT芯片发射系统的模拟基带部分进行了深入的研究。重点设计了完整的模拟基带电路,包括数模转换器(DAC)和低通滤波器(LPF),达到了NB-IoT系统的要求。本论文的设计基于UMC 55nm CMOS工艺,包括一个12bit的采样频率为1.92MHz的全差分DAC和一个截止频率为100kHz的可调谐有源低通滤波器。DAC的具体设计包括了单端转差分结构,开关阵列,电容阵列等,后仿真结果表明:在1.2V的工作电压、1.92MHz的采样频率下,DAC的有效位数可达到11.05bit,功耗约为278.28uW,无杂散动态范围(SFDR)可达到73.67dB,与传统通信芯片中DAC相比,符合NB-IoT系统对低功耗和DAC动态性能的要求。本文所设计的滤波器为跳耦(leapfrog)结构的五阶有源RC滤波器,这种结构的设计可以直接通过模拟无源LC电路的状态变量得到,所以不仅可以达到良好的滤波性能,又有着低的元件灵敏度。仿真结果显示,滤波器的可调节的截止频率范围为52kHz~166kHz,1dB压缩点为4.49845dBm,功耗为272.75uW,满足NB-IoT发射机的性能要求。另外,为了得到更好的发射性能,本文在模拟基带部分加入I/Q失配抑制和直流偏移消除模块,这样可以减少电路模块的增加,降低电路设计的复杂度,降低功耗节约芯片面积。经过仿真和测试,这些电路模块工作性能良好,可以对发射机的镜像信号和载波泄露信号进行有效的抑制。综上所述,本文论述了整个发射机模拟基带部分的设计方案,包括从系统级、电路级、版图级到测试整个过程,模拟基带的测试通过发射机的整体性能测试获得,测试结果表明本设计达到的性能指标可应用于NB-IoT系统。
【图文】：

第一章 绪论题背景与研究意义着大数据时代和智能城市的到来，无线通信技术继续实现万物互联。移动不断地扩展和延伸，已由之前的人和人之间的互联向人与物以及物与物的目前的移动通信发展形势看，万物互联是必然的发展趋势。T（Internet of Things），是物物相连的互联网，是物联网基础上的延伸和核心和基础仍然是互联网。物联网被称为继计算机、互联网之后的世界信次发展浪潮，，全面感知、智能处理和可靠性传递是其三大特性。1999 年，概念第一次被提出来，随着智能化生活的到来，物联网有着更加广阔的发展将在世界物联网发展大潮中占据很大的市场份额[1]。物联网产业链包括芯平台使能、集成/应用及数据运营四个环节。其中，处于物联网行业产业链芯片/终端，作为物联网产业的底层需求，将占据约 30%的产业链价值。

第三章 全差分数模转换器的设计图 3-7 寄存器结构示意图由于本设计输入为 12 位，所以该寄存器为 12 位寄存器，结构如图 3-7 所示，由 D 触发器组成，时钟上升沿触发，输出 NQ<0:11>和输入 IN<0:11>相同，PQ<0:11>入反相。图 3-8 为寄存器仿真部分（D<0>、D<1>、D<0>位的输入和仿真结果）示，仿真结果可得，NQ 和 PQ 信号相位相差 180°，可以实现 DAC 的全差分输入。D QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQD QclkQIN0IN1IN2 IN3IN4IN5IN11 IN10 IN9 IN8 IN7IN6NQ1 NQ2NQ3NQ4NQ5NQ6NQ7NQ11NQ10NQ9NQ8PQ0PQ1PQ2PQ3 PQ4PQ5PQ11PQ10PQ9PQ8PQ7PQ6NQ0CLK
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN830;TN402

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本文编号：2707478