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基于Sub-GHz无线发射机的设计与研究

发布时间:2018-12-06 08:55
【摘要】:随着当今互联网正在朝着无线装置互连的物联网(IoT)迅速发展,未来将会有更多的无线设备连接至云端。例如智能家居等应用的发展,允许人们在房间里安装自动照明、加热和报警系统,然后通过移动设备远程控制照明系统的开关或者设置合适的加热温度,并且当报警系统被触发时立刻通知移动设备。本论文采用0.13um CMOS工艺设计了基于Sub-GHz无线技术的发射机芯片,用于物联网无线设备中。论文首先分析了2.4GHz和Sub-GHz无线技术在物联网应用中各自的优势。然后对当前主流的发射机架构的优缺点进行详细的分析。在考虑了各种发射机架构的应用场合之后,本论文采用直接变频发射机架构完成设计。论文分别研究与设计了直接变频发射机的主要模块,包括基带滤波器(Base Band Filter)、上变频混频器(Up Converter Mixer)、功率放大器(Power Amplifier)。在1.2V电源电压条件下:基带滤波器BBF功耗低于6mA,3dB带宽约为2MHz,镜像抑制比约为46dB;上变频混频器Mixer功耗低于0.6mA,转换增益约为11dB,噪声系数约为17dB,线性度IIP3约为2.26dBm;功率放大器PA功耗低于10mA,效率最大可以达到60%,1dB压缩点约为9dBm,三阶交调点IIP3约为8dBm,功率增益约为18dB。论文在第六章对整个发射机进行系统仿真,整个发射机系统在400MHz频率附近工作时消耗静态直流功耗低于20mA,整体的功率增益约为32dB,线性度约为8.5dBm。然后进行整个系统的版图设计,在均满足设计要求后进行流片。最后对这款直接变频发射机芯片进行了流片测试,测试结果显示论文设计的发射机能够对输入的基带信号进行上变频,并放大信号功率完成发射功能。最后论文总结了整个直接变频发射机的设计工作,并在现有的研究基础上确定了发射机系统的优化方向。
[Abstract]:With the rapid development of the Internet of things (IoT), more wireless devices will be connected to the cloud in the future. Applications such as smart homes allow people to install automatic lighting, heating and alarm systems in their rooms, and then remotely control the lighting system's switches or set the appropriate heating temperature through mobile devices. And the mobile device is notified immediately when the alarm system is triggered. In this paper, a transmitter chip based on Sub-GHz wireless technology is designed by 0.13um CMOS technology, which is used in wireless devices of Internet of things. Firstly, the advantages of 2.4GHz and Sub-GHz wireless technology in Internet of things application are analyzed. Then the advantages and disadvantages of the current mainstream transmitter architecture are analyzed in detail. After considering the applications of various transmitter architectures, this paper uses the direct frequency conversion transmitter architecture to complete the design. This paper studies and designs the main modules of direct frequency converter transmitter, including baseband filter, (Base Band Filter), upconversion mixer, (Up Converter Mixer), power amplifier (Power Amplifier). At 1.2V supply voltage, the BBF power consumption of the baseband filter is less than 6mAn 3dB bandwidth is about 2MHz, the mirror rejection ratio is about 46dB; The Mixer power consumption of the upconversion mixer is less than 0.6 Ma, the conversion gain is about 11 dB, the noise coefficient is about 17 dB, and the linearity IIP3 is about 2.26 dBm. When the power consumption of power amplifier PA is less than 10 Ma, the maximum efficiency can reach 60 dB compression point is about 9 dBm, the third order crossover point IIP3 is about 8 dBm, and the power gain is about 18 dB. In the sixth chapter, the whole transmitter is simulated. The static DC power consumption is less than 20 Ma, the overall power gain is about 32 dB, and the linearity is about 8.5 dBm. when the transmitter system works near the 400MHz frequency, the static DC power consumption is less than 20mA. the overall power gain is about 32dBand the linearity is about 8.5dBm. Then the layout design of the whole system is carried out, and the flow sheet is carried out after all the design requirements are met. Finally, the chip is tested. The test results show that the transmitter designed in this paper can up-convert the input baseband signal and amplify the signal power to complete the transmitting function. Finally, the paper summarizes the design work of the direct frequency converter, and determines the optimization direction of the transmitter system on the basis of the existing research.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN830

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本文编号:2365782

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