应用于超宽带接收机的模拟基带电路的研究与设计

发布时间：2020-01-28 04:28

【摘要】：超宽带(UWB)无线通信技术是一种高数据率、低功耗的短距离无线通信技术。本文旨在面向载波模式的超宽带无线通信射频收发芯片,设计接收机中的模拟基带电路。超宽带标准支持的信道带宽为528MHz,采用正交频分复用技术,要求模拟基带电路完成264MHz频带内的增益控制及信道滤波。本文结合超宽带射频接收机构架,分析并推导出模拟基带电路的设计指标。根据指标研究并设计合适的电路实现方案,本设计采用电流模式的可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier,PGA)和信道选择滤波器(Channel Selection Filter, CSF),并设计跨导级电路和跨阻级电路,与系统前后级电路级联,其中还包括直流失调消除电路。在可编程增益放大器的设计中,首先由指标要求分析最佳的增益单元级联数是五级,然后系统地归纳了常用结构的特点。考虑到高带宽、高增益变化范围的要求,在归纳总结前人工作的基础上本文设计了电流模式的PGA。本文具体分析了电流模式PGA的电路结构,包括电流模式PGA的输入和输出阻抗优化方法、带宽扩展方法、增益可调的实现以及噪声性能,并给出了可编程增益放大器的仿真结果。在信道选择低通滤波器的设计中,首先归纳了Gm-C结构的优点,相比于Active-RC结构更适合于高频应用,所以本文选用Gm-C结构。然后系统地阐述了Gm-C滤波器的基本电路特性和设计方法,总结了Gm-C滤波器设计中的相关系统考虑,包括二阶单元级联的综合方法、二阶单元级联的考虑、信噪比与功耗的折中关系以及运算跨导放大器(Operational Transconduct Amplifier, OTA)非理想特性的影响。本文Gm-C滤波器的设计,根据六阶切比雪夫低通原型综合出各二阶单元的电路参数,其中采用基于超级源跟随结构的双输出OTA。本文分析了双输出OTA局部反馈提高跨导线性度的原理,采用六个双输出OTA实现了六阶低通滤波器,最后给出滤波器的频率响应、噪声和线性度的仿真结果。对于完整的模拟基带电路,本文还具体分析了直流失调的产生机制、对电路性能的恶化和消除直流失调的方法,并详细地阐述了直流失调消除电路的结构。本文模拟基带电路还包括跨导级电路,跨阻级电路,输出缓冲电路和数字控制电路。本文对跨导级电路,跨阻级电路和输出缓冲器的电路实现也做了分析。最后整合各个模块,完成了模拟基带链路的实现方案。本设计的所有电路模块都通过后仿真验证。考虑到版图对性能的重要影响,本文归纳了模拟版图设计的注意点,设计各模块的版图,并整合出整个模拟基带电路,包括两个版本的版图。该模拟基带电路采用TSMC 0.13μm RF CMOS工艺,已完成流片。后仿真结果表明,本设计的模拟基带电路的增益变化范围为0dB到60dB,增益步长为2dB,工作带宽为2-264MHz,最大增益时的噪声指数为22dB,IIP3为-41dBm,满足载波模式超宽带射频接收机的指标要求。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN851

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本文编号：2573885