60GHz低功耗接收机与40GHz锁相环的设计

发布时间：2019-04-18 22:16

【摘要】：近年来,用CMOS实现全集成的毫米波收发器已经成为一个非常热门的话题。由IEEE802.15.3c标准所规定的60GHz WPAN(无线个人局域网)能够支持10米内超过1Gbps的传输速度。得益于60GHz处非常宽的可用带宽,简单的OOK调制(二进制启闭键控)就可以提供1Gbps以上的传输速度。超高速短距离无线传输的出现大大增强了高速无线局域网通信的需求,使短距离超高速传输变得非常有前景。对于此应用,作为载频,毫米波无疑是非常好的接班者。更重要的是,工作在毫米波频段的电路往往占有更小的硅片面积,有利于大量的生产。 论文的第二章总结了CMOS了目前主流的无线收发器架构,比如应用于无线局域网(WLAN)工作在2.4/5GHz频段的802.11b/a/g标准,以及应用于无线个人局域网(WPAN)的802.15.3c标准。简单的OOK调制更加适合60GHz短距离传输。因为它在射频前端集成了调制器和解调器,消除了数字接口电路和数字基带电路。 论文的第三,第四章则重点介绍了OOK接收机的电路设计,其中包括了60GHz变压器反馈的低噪声放大器以及OOK解调器的设计。OOK接收机是由Global Foundries65-nm CMOS工艺实现。测试结果低噪声放大器有12dB的增益,并且功耗为15mW。OOK解调器可以达到1Gbps的传输速率,功耗为11mW左右,不包括用来测试的输出缓冲电路。此外,还包括了60GHz的压控振荡器以及一个2.1-39GHz宽带放大器的设计。 论文第五章中主要介绍用在二次变频收发机的40GHz锁相环的设计。40GHz锁相环有38-42GHz的锁定范围,环路频宽设计在2兆赫兹用以压制160MHz左右的时钟馈通,带内的相位噪声在-102dBc以下。 最后,论文的第六章是对于基于65-rnm CMOS设计的总结和展望以及60GHz应用在未来的巨大前景。
[Abstract]:In recent years, the implementation of fully integrated millimeter wave transceivers with CMOS has become a hot topic. The 60GHz WPAN (Wireless personal area Network), as defined by the IEEE802.15.3c standard, can support transmission speeds that exceed 1Gbps within 10 meters. Thanks to the very wide available bandwidth at 60GHz, simple OOK modulation (binary on / off keying) can provide transmission speeds above 1Gbps. The appearance of ultra-high-speed and short-range wireless transmission greatly enhances the demand of high-speed wireless LAN communication and makes the short-range ultra-high-speed transmission become very promising. For this application, as carrier frequency, millimeter wave is undoubtedly a very good successor. More importantly, circuits working in the millimeter-wave frequency band tend to occupy a smaller wafer area, which is conducive to a large number of production. The second chapter of this paper summarizes the current mainstream wireless transceiver architecture of CMOS, such as 802.11b/a/g standard applied to WLAN (WLAN) operating in 2.4/5GHz band. And 802.15.3c standard applied to wireless personal area network (WPAN). Simple OOK modulation is more suitable for 60GHz short distance transmission. Because it integrates modulator and demodulator in RF front end, it eliminates digital interface circuit and digital baseband circuit. The third and fourth chapter mainly introduces the circuit design of OOK receiver, including the low noise amplifier of 60GHz transformer feedback and the design of OOK demodulator. The Ook receiver is realized by Global Foundries65-nm CMOS technology. The test results show that the low noise amplifier has the gain of 12dB, and the power consumption of the 15mW.OOK demodulator can reach the transmission rate of 1Gbps, the power consumption is about 11mW, and the output buffer circuit used for testing is not included. In addition, it also includes the design of 60GHz voltage-controlled oscillator and a 2.1-39GHz broadband amplifier. The fifth chapter mainly introduces the design of 40GHz phase-locked loop used in secondary frequency conversion transceiver. 40 GHz phase-locked loop has the locking range of 38-42GHz, and the loop bandwidth is designed at 2 MHz to suppress the clock feed around 160MHz. The in-band phase noise is below-102dBc. Finally, the sixth chapter is the summary and prospect of 65-rnm CMOS-based design and the great prospect of 60GHz application in the future.
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN928

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本文编号：2460336