基于0.18μm CMOS工艺的低功耗卫星移动通信发射机芯片设计

发布时间：2017-07-01 05:03

  本文关键词：基于0.18μm CMOS工艺的低功耗卫星移动通信发射机芯片设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：卫星移动通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间利用卫星转发实现区域或全球通信。与其他类型的通信方式相比,卫星移动通信具有覆盖范围广、不受地形或地面技术设施限制、线路稳定可靠等优点。既可提供适用于民用通信的语音、传真、数据等服务,也适用于军事通信。目前国外先后一共推出了十余种全球或区域的卫星移动通信系统,在此国际背景下,我国也急需推出自己的卫星移动通信系统。其中,高系统集成度的收发芯片是地面移动端最为关键的部分。本文先介绍了国内外移动通信芯片的技术现状,指出SOC是现在芯片领域的主要发展方向。在分析比较了现有的几种常用发射机方案的优缺点后,根据课题要求,以及从复杂度、可集成度、线性度等方面考虑,作者所在课题组提出了一种直接变频式发射机方案,采用TSMC 0.18μm Mixed-Signal 1p5m工艺进行设计,由四个关键模块组成:数模转换器(DAC)、数控基带滤波器(BBF)、正交混频器(Mixer)、驱动放大器(DA),本文作者完成了其中DAC、BBF、Mixer三个模块的电路设计。本文根据发射机的总体系统指标参数,给出了各模块电路分别应达到的指标,并详细介绍了各模块电路的电路设计:(1)先分别介绍了CMOS工艺下几种基本数模转换器(DAC)的结构及影响数模转换器(DAC)性能的静态、动态参数。最终本文选取R-2R阶梯电阻型DAC结构,设计了一款差分式IQ两路的DAC,分成数字锁存、恒流源、电流开关、电阻网络、电流-电压转换等几个部分。在不同温度、不同工艺角下仿真了DAC的差分非线性误差、积分非线性误差、无动态杂散等指标,均满足设计要求。(2)设计了一个带宽、增益均数字可控的基带滤波器,分成数控滤波单元、数控增益单元两个部分。其中数控滤波单元实现了0.5MHz、1MHz、2MHz三个带宽数控切换;数控增益单元实现了2dB增益步进及12dB增益动态范围。对基带滤波器进行了整体仿真,满足设计要求。(3)设计了一个IQ调制上变频混频器,采用吉尔伯特单元构成双平衡混频器,本振驱动为两路差分正交信号,射频输出为电流形式。文章针对由于中频输入级的线性度较差而造成的非线性,设计了一个负反馈结构的线性化跨导,仿真结果表明,具有较好的线性度。
【关键词】：SOC 数模转换器 数控基带滤波器 正交混频器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN927.23
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 背景研究10-11
• 1.2 移动通信芯片的研究现状11-15
• 1.3 论文的研究内容与组织结构15-17
• 第二章 发射机系统架构及指标分析17-24
• 2.1 发射机系统架构17-19
• 2.2 发射机关键指标分析19-21
• 2.3 模块指标分配21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 发射机中数模转换器（DAC）单元的设计24-59
• 3.1 数模转换器基本工作原理24-25
• 3.2 数模转换器（DAC）的主要性能参数25-31
• 3.2.1 静态精度25-28
• 3.2.2 动态性能参数28-31
• 3.3 数模转换器的结构31-35
• 3.3.1 数模转换器的基本结构31-32
• 3.3.2 电阻分压型数模转换器32
• 3.3.3 权电阻型数模转换器32-33
• 3.3.4 权电流型数模转换器33-34
• 3.3.5 权电荷型数模转换器34-35
• 3.3.6 R-2R梯形电阻型数模转换器35
• 3.4 R-2R梯形电阻型DAC的设计35-58
• 3.4.1 DAC整体结构36-37
• 3.4.2 DAC中数字电路部分37-40
• 3.4.3 DAC中恒流源设计40-44
• 3.4.4 DAC中电流切换开关的设计44-47
• 3.4.5 DAC中R-2R电阻网络的设计47-48
• 3.4.6 DAC中输出级电流转电压电路设计48-53
• 3.4.7 DAC整体仿真53-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 数控滤波器设计59-81
• 4.1 数控滤波单元59-74
• 4.1.1 电路结构的选择60-63
• 4.1.2 Tow-Thomas型有源RC滤波器63-64
• 4.1.3 开关切换电容模块64-65
• 4.1.4 差分运算放大器的设计65-72
• 4.1.5 三阶Tow-Thomas型巴特沃兹滤波器整体仿真72-74
• 4.2 数控增益放大单元74-77
• 4.3 数控滤波器整体仿真77-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 IQ调制上变频混频器设计81-90
• 5.1 混频器基本原理81-82
• 5.2 两种基本结构82-83
• 5.3 IQ调制混频器设计83-87
• 5.4 IQ调制上变频混频器整体仿真87-89
• 5.5 本章小结89-90
• 第六章 芯片测试、总结与展望90-97
• 6.1 芯片测试90-94
• 6.2 总结94-96
• 6.3 展望96-97
• 致谢97-98
• 参考文献98-102
• 攻硕期间取得的研究成果102-103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 龚正;冯军;;0.18μm CMOS可编程增益放大器[J];电子器件;2006年04期

2 赵琦;李冉;邱东;易婷;Bill Yang Liu;洪志良;;A 14-bit 1-GS/s DAC with a programmable interpolation filter in 65 nm CMOS[J];Journal of Semiconductors;2013年02期

3 李恩玲,褚蒙,周如培;射频CMOS混频器的设计[J];微电子学;2005年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 马彪;12位超低功耗电流与电阻分压组合结构CMOS DAC的设计[D];中国科学院深圳先进技术研究院;2013年

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本文编号：504620