应用于WSN节点的低电压低功耗CMOS PGA的设计

发布时间：2017-08-11 19:12

  本文关键词：应用于WSN节点的低电压低功耗CMOS PGA的设计

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【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)技术是一门结合无线通信、计算机和传感器的新兴技术。它能够实时感知、处理网络中各个节点的信息并通过无线收发机完成节点之间的通信。在收发机链路中,可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier, PGA)是关键的组成部分。它根据输入信号的强度调节信号的放大增益,使得输出信号幅度恒定,以保证接收机能够正确解调接收到的信号。论文介绍了一种基于0.18μm CMOS工艺,应用于无线传感器网络的2MHz低电压低功耗可编程增益放大器。为了满足无线传感器网络的低功耗要求,PGA电路采用1V电压供电。根据IEEE 802.15.4协议得到PGA增益变化范围为0～70dB,所以电路采用级联放大器的系统架构,由固定增益级和可变增益级组成。放大器级间引入交流耦合和选通开关,分别用于消除直流偏差和短路不工作的放大器。固定增益级是采用gm-boost结构的两级放大器,增益由电阻比值决定,可实现良好的精度。可变增益级的核心是闭环运放,该结构允许较大幅度的输入信号,以提高系统的线性度。可切换的反馈电阻阵列实现增益可变,数字译码电路控制增益可编程且步进为2dB。本文给出了可编程增益放大器的电路设计、前仿真、版图设计、后仿真和测试结果。测试结果表明,PGA电路的增益范围为6.32-74.45dB,频带范围为0.5MHz～3.5MHz。差分输出摆幅可达0.72V,在0dB增益下的输入1dB压缩点为-7dBm。在1V电源电压下电路的功耗为1.37mW。本文设计的可编程放大器的性能基本满足指标要求,可应用于无线传感网的收发机机中。
【关键词】：可编程增益放大器 dB增益 低电压 低功耗
【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】：TN722;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 研究内容与设计指标10
• 1.3.1 研究内容10
• 1.3.2 设计指标10
• 1.4 论文组织10-12
• 第2章 可编程增益放大器概述12-26
• 2.1 IEEE 802.15.4标准12-14
• 2.2 无线收发机结构14-16
• 2.2.1 超外差式接收机14-15
• 2.2.2 零中频接收机15
• 2.2.3 二次变频宽中频接收机结构15-16
• 2.2.4 超外差发射机结构16
• 2.3 自动增益控制(AGC)系统16-19
• 2.3.1 自动增益控制系统基础16-17
• 2.3.2 自动增益控制电路的环路分析17-19
• 2.4 可编程增益放大器的性能指标19-24
• 2.4.1 功耗19-20
• 2.4.2 线性度20-21
• 2.4.3 噪声21-24
• 2.4.4 动态范围(Dynamic Range,DR)24
• 2.5 本章小结24-26
• 第3章 可编程增益放大器电路设计26-50
• 3.1 系统架构26-27
• 3.2 增益调节技术27-31
• 3.2.1 闭环结构28-30
• 3.2.2 开环结构30-31
• 3.3 固定增益级31-38
• 3.4 可变增益放大器38-46
• 3.5 可编程增益放大器的前仿真结果46-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第4章 可编程增益放大器版图设计与后仿真50-60
• 4.1 无源器件50-53
• 4.1.1 电阻50-52
• 4.1.2 电容52-53
• 4.2 器件的匹配53-54
• 4.3 闩锁效应54-55
• 4.4 电路版图设计55-56
• 4.5 后仿真结果56-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 可编程增益放大器芯片的测试60-68
• 5.1 测试仪器及设备60
• 5.2 系统框图60-62
• 5.3 芯片性能测试结果62-65
• 5.3.1 直流工作点测试62-63
• 5.3.2 增益测试63
• 5.3.3 瞬态波形测试63-65
• 5.3.4 线性度测试65
• 5.4 本章小结65-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76

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本文编号：657801