2.4GHz射频接收机中低功耗射频前端的设计

发布时间：2017-07-08 10:20

  本文关键词：2.4GHz射频接收机中低功耗射频前端的设计

  更多相关文章： 射频接收前端 低功耗 模块融合 电流复用 25%占空比 跨阻放大级

【摘要】：目前,无线传感网已被广泛应用于环境污染监测、智能交通和工业监控等领域,而组成无线传感网的分布式节点通常由电池供电,长达数年的使用寿命使得降低系统功耗成为设计者亟需解决的问题。射频收发机作为无线传感网的核心单元,其功耗在整个无线传感网总功耗中占有相当大的比重。因此,实现射频收发机的主要耗能单元——射频接收前端的低功耗,对降低整个无线传感网的功耗具有重要意义。论文设计了一款应用于2.4GHz射频接收机中的低功耗射频接收前端。论文阐述了射频接收机的基本理论,包括射频接收机的主要性能指标和三种主要拓扑结构,并根据ZigBee协议和无线传感网的应用需求,确定了低功耗射频接收前端的性能指标。通过比较分析射频接收前端的低功耗技术,论文采用模块融合技术实现低功耗射频接收前端,即把I、Q两路混频器的跨导放大级与低噪声放大器进行融合。整个低功耗射频前端由低噪声跨导放大级、开关混频级和跨阻放大级组成。其中,低噪声跨导放大级采用电容交叉耦合跨导增强技术和电流复用技术,以较低的功耗获得较高的跨导和较好的噪声性能,弥补了模块融合技术对电路增益和噪声性能的影响;开关混频级采用25%占空比的无源混频结构,相比于50%占空比无源混频级,既避免了IQ串扰问题又提高了转换增益：跨阻放大级采用交叉耦合结构,利用电路自身的差分特性,以较低功耗实现低输入阻抗。论文基于TSMC0.13μmCMOS工艺进行了原理图设计和版图设计,并进行了前后仿真验证。后仿真数据表明,在1.2V电源电压下,论文所设计的2.4GHz低功耗射频接收前端以1mW的低消耗实现了30.2dB的转换增益、7.8dB的单边带噪声系数和-16.2dBm的线性度,达到了设计要求,并具有低功耗的特点。
【关键词】：射频接收前端 低功耗 模块融合 电流复用 25%占空比 跨阻放大级
【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8-12
• 1.1 论文背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 论文主要工作10-11
• 1.4 论文内容概述11-12
• 第二章 无线传感网中的射频接收机12-24
• 2.1 射频接收机的主要性能参数12-15
• 2.1.1 噪声系数和灵敏度12-13
• 2.1.2 线性度和动态范围13-15
• 2.2 射频接收机的主要结构15-18
• 2.2.1 超外差结构15-16
• 2.2.2 零中频结构16-17
• 2.2.3 低中频结构17
• 2.2.4 三种结构的比较与选择17-18
• 2.3 无线传感网中射频接收机的系统设计18-23
• 2.3.1 ZigBee协议简介19
• 2.3.2 射频接收机的主要系统指标19-21
• 2.3.3 射频接收机各电路模块的指标分配21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 2.4GHz低功耗射频接收前端的设计24-50
• 3.1.2 4GHz低功耗射频接收前端的整体方案设计24-30
• 3.1.1 射频接收前端的低功耗方案比较24-25
• 3.1.2 混频结构的噪声性能比较25-30
• 3.1.3 低功耗低噪声射频接收前端的整体方案30
• 3.2 2.4GHz低功耗射频接收前端的电路设计30-43
• 3.2.1 低噪声跨导放大级的设计30-37
• 3.2.2 开关混频级的设计37-40
• 3.2.3 跨阻放大级的设计40-43
• 3.3 2.4GHz低功耗射频接收前端的前仿真验证43-48
• 3.3.1 阻抗匹配电路的设计验证43-46
• 3.3.2 射频接收前端的前仿真结果46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 射频接收前端的版图设计与后仿验证50-60
• 4.1 射频接收前端的版图设计50-55
• 4.1.1 布局与走线50-52
• 4.1.2 匹配与噪声52-54
• 4.1.3 射频接收前端的版图54-55
• 4.2 射频接收前端的后仿真验证55-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 作者简介68

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本文编号：534153