UWB频率综合器关键模块的研究与设计

发布时间：2017-09-20 00:30

  本文关键词：UWB频率综合器关键模块的研究与设计

  更多相关文章： 超宽带(UWB) 频率综合器 可编程整数分频器 压控振荡器(VCO)

【摘要】：近年来,在高速无线通信领域,UWB (Ultra-wide Band)即超宽带技术以其超高的传输速率吸引了学术界及工业界越来越广泛的关注。目前超宽带技术的标准有多种,基于MB-OFDM (Multi-band Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即多频带频分复用的标准在国际上获得了更为广泛的认可。在UWB通信系统中,用于产生各频带载波频率的频率综合器仍然是整个射频收发器系统中设计难度最大的模块之一。本文首先介绍频率综合器的定义和几种常见的频率综合器类型,分析各类频率综合器的特点,并在此基础上给出频率综合器的一些应用。然后深入介绍电荷泵锁相环频率综合器的构成及特点,研究并分析其每个子模块电路。此外,还着重分析可编程整数分频器和压控振荡器这两个关键模块,介绍这两个模块的电路原理、基本结构以及在实际应用中的一些优化改进结构。在全面总结和比较各类模块电路的特点后,本文采用TSMC 90nm CMOS工艺设计UWB频率综合器中的两个关键模块：可编程整数分频器和压控振荡器。针对可编程整数分频器,本文根据其设计指标给出了具体的电路结构、版图设计和后仿真结果。测试结果表明所设计的可编程整数分频器在1.2 V电源电压下可以正常工作。其正常工作电流约为4.2 mA,在3.1～10.6 GHz频率范围内分频功能正确,分频后的输出信号在10 kHz频偏处的相位噪声约为-118dBc/Hz,符合设计要求。对于压控振荡器,在分析其指标要求后,本文采用环形压控振荡器结构设计UWB振荡器,并给出电路拓扑结构、延迟单元电路、版图设计和后仿真结果。测试结果表明所设计的环形压控振荡器在1.2 V电源电压下可以正常工作,控制电压在0.1～0.8 V范围内的线性度较好,在3.1～10.6 GHz的振荡频率范围内相位噪声(1 MHz频偏处)低于-85dBc/Hz。此外,本文对可编程整数分频器和压控振荡器的设计和测试工作进行系统的总结,通过设计指标和测试结果的对比,分析可能存在的问题,并给出相应的改进措施和后续研究方向。
【关键词】：超宽带(UWB) 频率综合器 可编程整数分频器 压控振荡器(VCO)
【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】：TN74;TN925
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 研究背景8
• 1.2 研究现状8-9
• 1.3 设计内容9-10
• 1.4 论文组织10-12
• 第2章 频率综合器概述12-20
• 2.1 频率综合器的定义12
• 2.2 频率综合器的分类12-18
• 2.2.1 直接模拟频率综合器12-13
• 2.2.2 直接数字频率综合器13
• 2.2.3 锁相环频率综合器13-18
• 2.2.4 延迟锁定环频率综合器18
• 2.3 频率综合器的应用18-20
• 第3章 分频器和压控振荡器基本原理20-40
• 3.1 分频器结构分析20-32
• 3.1.1 模拟分频器20-23
• 3.1.2 数字分频器23-28
• 3.1.3 模分频器28-30
• 3.1.4 可编程分频器30-32
• 3.1.5 分频器总结32
• 3.2 压控振荡器结构分析32-40
• 3.2.1 电感电容振荡器33-36
• 3.2.2 环形压控振荡器36-39
• 3.2.3 压控振荡器总结39-40
• 第4章 UWB可编程整数分频器的设计与实现40-70
• 4.1 本章概要40
• 4.2 UWB可编程整数分频器设计40-57
• 4.2.1 可编程整数分频器结构40-41
• 4.2.2 前置8/9双模分频器设计41-44
• 4.2.3 可编程PS计数器设计44-49
• 4.2.4 可编程整数分频器版图及后仿真49-57
• 4.3 UWB可编程整数分频器测试57-70
• 4.3.1 直流工作点和工作电流59
• 4.3.2 前置双模分频器测试结果59
• 4.3.3 可编程PS计数器测试结果59-60
• 4.3.4 可编程整数分频器测试结果60-67
• 4.3.5 测试总结67-70
• 第5章 UWB压控振荡器的设计与实现70-84
• 5.1 本章概要70
• 5.2 UWB压控振荡器设计70-77
• 5.2.1 环形压控振荡器拓扑结构设计70-71
• 5.2.2 环形压控振荡器延迟单元设计71-73
• 5.2.3 环形压控振荡器版图及后仿真73-77
• 5.3 UWB压控振荡器测试77-84
• 5.3.1 直流工作点和工作电流78
• 5.3.2 工作频率测试结果78-79
• 5.3.3 压控增益测试结果79-80
• 5.3.4 相位噪声测试结果80-82
• 5.3.5 测试总结82-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 工作总结84
• 6.2 工作展望84-86
• 参考文献86-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88-90
• 致谢90

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本文编号：884855