应用于宽带无线通信系统中100MHz模拟基带电路设计

发布时间：2017-11-01 04:30

  本文关键词：应用于宽带无线通信系统中100MHz模拟基带电路设计

  更多相关文章： 宽带通信 模拟基带 可变增益放大器 低通滤波器 直流失调

【摘要】：移动通信技术的快速发展在很大程度上改善了我们的生活质量,而带宽的增加可以直接提高数据的传输速率,更好地满足用户对数据通信的要求,这在通信技术迅速发展的今天显得尤为重要,因此宽带无线通信技术正得到越来越多的研究。本文面向宽带无线通信接收机系统设计了一款模拟基带电路芯片,该模拟基带电路可完成增益调节、带外信号抑制和直流失调抵消。根据实现的功能,该电路主要包括3大模块,分别为宽带的可变增益放大器(PGA)、高截止频率的低通滤波器(LPF)以及直流失调消除(DCOC)电路。本文首先从零中频接收机的基本架构出发,分析了模拟基带电路在无线通信接收机中的作用,并详细介绍了与之相关的设计指标。随后,根据宽带接收机的设计要求,考虑到级联系统的噪声和线性度特性,确定了模拟基带电路的系统方案,并选择合适的电路结构来实现相应的模块。本次设计的可变增益放大器采用基于可编程源级电阻和负载的PGA,4级级联完成60dB的增益调节范围,其中前三级为增益粗调节,最后一级为增益细调节。PGA采用一系列线性优化技术,并通过电阻比值的方式实现精确的增益值。零中频接收机存在直流失调电压,会影响电路的直流工作点,本次设计采用模拟方式完成直流失调抵消,通过在PGA电路上增加低通负反馈的方式来实现。考虑到功耗和版图面积等因素,共采用两路DCOC电路,每路DCOC对应两级PGA。低通滤波器采用Gm-C结构提高截止频率,以满足宽带的设计要求。滤波器原型为6阶切比雪夫低通滤波器,通过牺牲带内平坦度获得较大的带外抑制。LPF的设计采用元件替代的思路,用有源电阻和有源电感分别代替相应的无源元件。实际设计中,跨导单元的非理想特性会对滤波器性能产生一定影响,因此需要综合考虑LPF性能指标,提出合理的跨导单元设计方案。本次设计采用TSMC130nmCMOS工艺完成,所有电路模块均通过后仿真完成验证。模拟基带电路可实现60dB的增益调节范围,增益步进1dB,带宽100-200MHz可调节,邻带抑制比38dB。最大增益档位对应噪声系数19.2dB, IIP3为-43.1dBm。DCOC截止频率1.2MHz,芯片在1.2V供电电压下功耗32.2mW。根据后仿真结果可知,电路指标满足宽带系统对模拟基带电路的设计要求。
【关键词】：宽带通信 模拟基带 可变增益放大器 低通滤波器 直流失调
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TN858
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 本文研究内容9-10
• 1.3 论文组织架构10-12
• 第2章 模拟基带电路系统分析12-22
• 2.1 宽带零中频接收机简述12-13
• 2.1.1 零中频接收机12-13
• 2.1.2 宽带接收机的设计难点13
• 2.2 自动增益控制电路(AGC)13-14
• 2.3 模拟基带电路设计指标14-18
• 2.3.1 噪声系数14-15
• 2.3.2 线性度与动态范围15-17
• 2.3.3 失调与失配17
• 2.3.4 级联系统的带宽17-18
• 2.4 模拟基带电路的系统设计18-20
• 2.5 本章小结20-22
• 第3章 可变增益放大器设计22-40
• 3.1 可变增益放大器概述22-25
• 3.1.1 吉尔伯特单元实现VGA22-23
• 3.1.2 基于反馈电阻的PGA23-24
• 3.1.3 电流模式PGA24
• 3.1.4 可变增益放大器设计要点24-25
• 3.2 可变增益放大器的具体设计25-35
• 3.2.1 基于可编程源级电阻和负载的PGA25-26
• 3.2.2 源级负反馈电阻26-27
• 3.2.3 超级源级跟随器(SSF)27-29
• 3.2.4 PGA结构的实现29-32
• 3.2.5 PGA增益控制32-33
• 3.2.6 PGA的噪声分析33-35
• 3.3 后仿真结果与分析35-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 直流失调消除电路设计40-52
• 4.1 失调电压的产生机制与消除的必要性40-42
• 4.2 直流失调消除电路的原理42-43
• 4.3 直流失调消除电路的具体设计43-46
• 4.3.1 低通滤波器的设计43-44
• 4.3.2 纠正电阻的设计44-45
• 4.3.3 跨导单元的设计45-46
• 4.4 直流失调消除电路的设计考虑46-50
• 4.4.1 DCOC级数的考虑46-48
• 4.4.2 最大可消除失调电压的考虑48
• 4.4.3 DCOC噪声考虑48-50
• 4.4.4 DCOC建立时间的考虑50
• 4.5 PGA+DCOC后仿真与测试验证方案50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 低通滤波器设计52-64
• 5.1 滤波器概述52-55
• 5.1.1 滤波器基本知识52-53
• 5.1.2 低通滤波器的性能参数53-54
• 5.1.3 常见的低通滤波器结构54-55
• 5.2 Gm-C低通滤波器具体设计55-61
• 5.2.1 设计原理55-57
• 5.2.2 有源电感的非理想特性57-59
• 5.2.3 跨导单元的设计59-61
• 5.2.4 滤波器级联的考虑61
• 5.3 后仿真结果与分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第6章 模拟基带的版图设计与测试方案64-74
• 6.1 版图设计基础64-66
• 6.1.1 版图设计基本流程64
• 6.1.2 版图匹配64-66
• 6.2 模拟基带电路版图设计与后仿真66-71
• 6.2.1 模拟基带电路各模块版图设计66-68
• 6.2.2 模拟基带电路整体版图设计68-69
• 6.2.3 模拟基带电路后仿真结果69-71
• 6.3 模拟基带电路测试方案71-72
• 6.3.1 在片测试71-72
• 6.3.2 键合测试72
• 6.4 本章小结72-74
• 第7章 总结与展望74-76
• 7.1 总结74
• 7.2 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-84
• 附件：攻读硕士学位期间发表的论文84

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本文编号：1125235