低功耗蓝牙数字基带接收电路的设计与验证

发布时间：2017-05-15 11:19

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【摘要】：低功耗蓝牙(BLE)凭借其低复杂度、低成本、超低功耗等特性,已经突破了蓝牙传统应用领域,具有广阔的市场应用前景。而在蓝牙数据通信中数字基带接收电路主要完成底层数据解调处理,是整个蓝牙硬件开发的关键,为此本文设计了一种面向BLE的数字基带接收电路,该电路具有结构复杂度低、占用资源少等特点。论文在确立了整体接收电路架构基础上,对数字下变频及镜像抑制、直接鉴相解调、位同步等关键电路进行了详细的理论分析和设计,然后对各关键电路进行了Matlab建模仿真,并给出了相应电路及系统解调性能的Matlab仿真结果。在此基础上综合考虑了电路解调性能和结构复杂度两方面因素,论文对各关键电路进行了RTL级的电路设计、优化,以及RTL仿真结果的分析。同时针对传统镜像抑制、相位检测电路结构复杂、占用资源等问题作了改进提高,通过选取低中频及特殊相位,经过简单的乘积转换,用加减器代替了传统镜像抑制电路中复杂的乘法器电路,简化了电路结构,其次利用检测相位的对称性将传统相位ROM表范围由[-π,π]缩减到了[0,π/4],减小了ROM表存储量。论文最后对设计电路进行了FPGA验证和DC综合。结果表明,在8MHz系统时钟,信噪比10dB条件下,本文设计的BLE数字基带接收电路可以正确解调接收信息,误码率小于0.1%,具有一定解调性能。改进后的镜像抑制电路、相位检测电路相比传统电路硬件资源分别节省了75.64%、26.80%。
【关键词】：低功耗蓝牙 数字基带 接收机 镜像抑制 鉴相解调
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 论文背景及意义8-9
• 1.2 研究现状9-10
• 1.3 设计目标和主要内容10-11
• 1.4 设计要求及指标11-12
• 1.5 论文的组织结构12-14
• 第二章 BLE概述及基带系统分析14-28
• 2.1 BLE协议标准概述14-15
• 2.2 BLE基带系统数据帧分析15-17
• 2.3 主流短距离无线通信协议的比较17-19
• 2.4 BLE应用场景19-20
• 2.5 BLE接收机结构分析20-22
• 2.6 设计路线及解调方案22-26
• 2.6.1 设计路线23
• 2.6.2 解调方案23-26
• 2.7 本章小结26-28
• 第三章 BLE数字基带接收电路方案设计及Matlab仿真28-56
• 3.1 BLE数字基带接收电路总体结构28
• 3.2 信道滤波电路的设计28-29
• 3.3 数字下变频及镜像抑制电路的设计29-39
• 3.3.1 镜像抑制原理及方法分析29-32
• 3.3.2 改进型数字下变频及镜像抑制电路的设计32-35
• 3.3.3 镜像抑制比的Maltab仿真测试35-39
• 3.4 直接鉴相解调电路的设计39-46
• 3.4.1 相位检测电路的设计39-41
• 3.4.2 相位差分电路的设计41
• 3.4.3 数据包检测电路的设计41-43
• 3.4.4 载波频偏估计与补偿电路的设计43-46
• 3.5 同步电路的设计46-51
• 3.5.1 位同步电路的设计46-50
• 3.5.2 帧同步电路的设计50-51
• 3.6 比特流电路的设计51-52
• 3.6.1 解白化电路的设计52
• 3.6.2 CRC校验电路的设计52
• 3.7 BLE基带系统解调性能Matlab仿真52-55
• 3.8 本章小结55-56
• 第四章 BLE数字基带接收电路的RTL设计及仿真56-70
• 4.1 信道滤波电路的RTL设计及仿真56-58
• 4.1.1 信道滤波电路的RTL设计56-57
• 4.1.2 信道滤波电路的RTL仿真57-58
• 4.2 数字下变频及镜像抑制电路的RTL设计及仿真58-60
• 4.2.1 数字下变频及镜像抑制电路的RTL设计58-60
• 4.2.2 数字下变频及镜像抑制电路的RTL仿真60
• 4.3 直接鉴相解调电路的RTL设计及仿真60-64
• 4.3.1 直接鉴相解调电路的RTL设计60-63
• 4.3.2 直接鉴相解调电路的RTL仿真63-64
• 4.4 同步电路的RTL设计及仿真64-67
• 4.4.1 位同步电路的RTL设计64-66
• 4.4.2 帧同步电路的RTL设计66
• 4.4.3 同步电路的RTL仿真66-67
• 4.5 比特流处理电路的RTL设计及仿真67-68
• 4.5.1 解白化电路的RTL设计67
• 4.5.2 CRC校验电路的RTL设计67-68
• 4.5.3 比特流电路的RTL仿真68
• 4.6 BLE数字基带整体接收电路的RTL仿真及性能总结68-69
• 4.7 本章小结69-70
• 第五章 BLE数字基带接收电路的FPGA验证70-80
• 5.1 FPGA验证平台的设计70-72
• 5.2 BLE接收电路解调性能的FPGA验证及结果72-77
• 5.3 BLE优化电路硬件资源分析77-78
• 5.4 FPGA验证结果及总结78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80
• 6.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间发表论文88

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