SAW-less抗阻塞射频接收前端关键技术研究与芯片设计
发布时间：2021-07-22 02:32
在过去的几十年间,随着无线通信技术的惊人发展,涌现出大量的无线通信标准。这使得当前的Sub-6GHz频谱变得越来越拥挤,仅有部分频段未被授权。而在一个移动终端上集成多种通信模式是无线通信技术发展的重要趋势。这对接收机的小型化、低功耗、可重构、抗干扰能力提出了巨大挑战。本论文围绕着无声表面滤波器（SAW-less）多模多标准抗阻塞接收机射频前端展开工作,重点研究了抗阻塞接收机射频前端架构,射频前端的抗阻塞技术以及抗阻塞接收链路的重构方法。本文首先对比了各种接收机结构的优缺点,之后分析了SAW-less接收机干扰信号的来源,从而引出了主流的SAW-less多模多标准接收机架构,总结了不同的抗阻塞设计方法。本文还总结了接收机噪声指标、线性度指标、动态范围指标的一般推算方法,并根据本课题所需要兼容的通信标准提出了SAW-less抗阻塞接收机射频前端的总体设计指标。对于多模多标准应用,射频前端的带宽和增益需要可重构,这就对设计提出了新的挑战。本文研究了基于无源混频器的射频带通滤波器的可重构性,提出一种增益与带宽的重构方法,并根据理论分析结果,采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计了一...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球6GHz以下无线通信系统的频谱分配图
图 1-2 J.Mitola提出的软件无线电架构精度 ADC，其功耗也将要高达数百瓦特。因此，为了缓解准接收机通常采用射频前端窄带多路并行的方案，通过下利用射频和中频滤波器抑制干扰信号，同时使用软件配置、调制方式从而实现多模多标准单片集成[6,7]。中，为了满足移动性的需求，设备制造商需要用最少的片的功耗来兼容尽可能多的通信标准，同时为了满足严苛性能的声表面波(SAW)滤波器。但是 SAW 滤波器不仅昂于 SAW 滤波器被放置于天线端，其插损会造成接收机噪到随着通信模式和标准的层出不穷，这种简单并行的集成大上升和体积的不断增大。因此无声表面滤波器(SAW-l点[9,10]。收机需要在不使用带外滤波器的情况下同时满足所兼容信号功率足够高时，甚至会阻塞接收机，使之无法正常工
图 2- 1 超外差接收机架构2.2.2 镜像抑制接收机为了消除超外差结构中的镜像滤波器，发明了镜像抑制接收机。图 2-2(a)为 Hartley镜像抑制结构[3]。射频信号经过片外频段选择滤波器滤波、LNA 放大后，被两个匹配的混频器下变频为两路中频信号。两个支路分别为同相(I)与正交信号(Q)支路，相位相差90°。两路信号经过 LPF 后，正交支路的信号被相移 90°后与同相支路信号相加而镜像信号被抵消了。然而在实际应用中，尤其是在高频领域中，一个完美的正交下变频与精确的 90°相移很难实现。在集成电路典型的匹配情况下，增益失配 0.2~0.6 dB，相位失配为 1~5°，镜像抑制在 30~40 dB 的范围内，而在大多数射频应用中，镜像抑制需要在60~70 dB 之间[2]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A tunable passive mixer for SAW-less front-end with reconfigurable voltage conversion gain and intermediate frequency bandwidth[J]. 陶健,Fan Xiangning,Zhao Yuan. High Technology Letters. 2018(01)
[2]A reconfigurable passive mixer for multimode multistandard receivers in 0.18 μm CMOS[J]. 樊祥宁,陶健,包宽,王志功. Journal of Semiconductors. 2016(08)
博士论文
[1]WSN低功耗射频接收关键技术研究与芯片设计[D]. 王曾祺.东南大学 2017
[2]面向行业专网的软件无线电接收机芯片关键技术研究[D]. 张欣旺.清华大学 2015
本文编号：3296260
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球6GHz以下无线通信系统的频谱分配图
图 1-2 J.Mitola提出的软件无线电架构精度 ADC，其功耗也将要高达数百瓦特。因此，为了缓解准接收机通常采用射频前端窄带多路并行的方案，通过下利用射频和中频滤波器抑制干扰信号，同时使用软件配置、调制方式从而实现多模多标准单片集成[6,7]。中，为了满足移动性的需求，设备制造商需要用最少的片的功耗来兼容尽可能多的通信标准，同时为了满足严苛性能的声表面波(SAW)滤波器。但是 SAW 滤波器不仅昂于 SAW 滤波器被放置于天线端，其插损会造成接收机噪到随着通信模式和标准的层出不穷，这种简单并行的集成大上升和体积的不断增大。因此无声表面滤波器(SAW-l点[9,10]。收机需要在不使用带外滤波器的情况下同时满足所兼容信号功率足够高时，甚至会阻塞接收机，使之无法正常工
图 2- 1 超外差接收机架构2.2.2 镜像抑制接收机为了消除超外差结构中的镜像滤波器，发明了镜像抑制接收机。图 2-2(a)为 Hartley镜像抑制结构[3]。射频信号经过片外频段选择滤波器滤波、LNA 放大后，被两个匹配的混频器下变频为两路中频信号。两个支路分别为同相(I)与正交信号(Q)支路，相位相差90°。两路信号经过 LPF 后，正交支路的信号被相移 90°后与同相支路信号相加而镜像信号被抵消了。然而在实际应用中，尤其是在高频领域中，一个完美的正交下变频与精确的 90°相移很难实现。在集成电路典型的匹配情况下，增益失配 0.2~0.6 dB，相位失配为 1~5°，镜像抑制在 30~40 dB 的范围内，而在大多数射频应用中，镜像抑制需要在60~70 dB 之间[2]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A tunable passive mixer for SAW-less front-end with reconfigurable voltage conversion gain and intermediate frequency bandwidth[J]. 陶健,Fan Xiangning,Zhao Yuan. High Technology Letters. 2018(01)
[2]A reconfigurable passive mixer for multimode multistandard receivers in 0.18 μm CMOS[J]. 樊祥宁,陶健,包宽,王志功. Journal of Semiconductors. 2016(08)
博士论文
[1]WSN低功耗射频接收关键技术研究与芯片设计[D]. 王曾祺.东南大学 2017
[2]面向行业专网的软件无线电接收机芯片关键技术研究[D]. 张欣旺.清华大学 2015
本文编号：3296260
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