2.45GHz RFID模拟射频接收机前端设计与实现
发布时间：2022-08-08 16:35
超高频射频识别（RFID）技术作为一种新兴的自动识别技术,在国内外得到了迅速普及。RFID具有通信速度快、穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大、成本低、体积小、使用方便等特点,广泛运用于社会各个领域。模拟射频接收机前端作为RFID的核心模块,具有很高的科学及工程价值。为实现核心元器件国产化,提高元器件可靠性和批量生产能力,本文以国标有源2.45GHz RFID射频收发芯片的研发为基础,以模拟射频接收机前端的电路结构和性能指标为主要的研究对象,采用零中频接收机结构,基于中芯国际（SMIC）RF 0.18 um CMOS工艺,利用Cadence Spectre RF射频仿真软件分别设计了低噪声放大器、下变频器、射频放大器以及其他的辅助电路,并完成仿真,最后成功流片。经过测试,各项指标满足设计要求。主要研究内容为:1.研究高性能低噪声放大器的原理,提出了一种高增益、低功耗、低噪声的放大器结构。该电路采用单端输入结构,利用电感做负载,差分输出给下一级射频放大器。输入端通过改变尾电流的大小调节增益步进;输出端并联一个可变电容,用于测试时调整谐振频率。该电路具有放大和直通两种工作模式,直通模式不...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 国内外射频识别技术的概况
1.2 模拟射频接收机前端在RFID技术上的应用与发展
1.3 研究背景与意义
1.4 本文主要工作及内容
第二章 接收机的基本原理
2.1 射频接收机的基本结构
2.1.1 超外差式接收机
2.1.2 镜像抑制接收机
2.1.3 零中频接收机
2.1.4 低中频接收机
2.1.5 数字中频接收机
2.2 射频接收前端重要电气参数
2.2.1 灵敏度
2.2.2 增益
2.2.3 噪声特性
2.2.4 线性度
2.2.5 端口隔离度
2.2.6 稳定性
2.3 接收机总体架构与指标分解
2.4 本章小结
第三章 低噪声放大器的设计
3.1 低噪声放大器的基本原理
3.2 高频低噪声放大器技术研究
3.2.1 LNA典型结构设计
3.2.2 放大管的选择
3.2.3 偏置电路的设计
3.2.4 匹配网络的设计
3.3 低噪声放大器的设计与仿真
3.3.1 LNA放大模式电路设计
3.3.2 LNA直通模式电路设计
3.3.3 LNA总体电路设计与仿真
3.4 本章小结
第四章 下变频混频器的设计
4.1 混频器的总体结构设计
4.2 有源混频器的技术研究
4.2.1 单平衡混频器
4.2.2 双平衡混频器
4.3 混频器的设计与仿真
4.3.1 混频器核心电路设计
4.3.2 混频器参数仿真
4.4 本章小结
第五章 射频前端辅助电路设计
5.1 射频放大器
5.2 本振缓冲放大器
5.3 基准电压源及恒温电流源
5.4 射频收发切换开关
5.5 抗混叠滤波器
5.6 直流修调电路
5.7 本章小结
第六章 版图设计与封装测试
6.1 寄生效应
6.1.1 寄生电容效应
6.1.2 寄生电阻效应
6.1.3 天线效应
6.1.4 版图的匹配性
6.2 电路可靠性设计
6.2.1 容差设计
6.2.2 ESD防护
6.2.3 防闩锁效应设计
6.2.4 电流密度余量设计
6.2.5 电路一致性设计
6.3 高频电路版图布局研究
6.4 射频前端总版图及后仿真结果分析
6.5 芯片封装与测试
6.6 本章小结
第七章 结论
7.1 本文的主要贡献
7.2 下一步工作的展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]射频前端CMOS有源混频器的设计[J]. 李桂琴,宋树祥,岑明灿,刘国伦,张泽伟. 电子元件与材料. 2018(09)
[2]一种补偿低中频接收机I/Q不平衡的方法[J]. 郗蕴天,陈春. 雷达科学与技术. 2015(06)
[3]UWB LNA的增益平坦化及稳定性的反馈技术[J]. 张东晖,张万荣,金冬月,谢红云,丁春宝,赵昕. 半导体技术. 2011(03)
[4]浅谈CMOS模拟集成电路版图设计的器件匹配方法[J]. 姚芳,李秋利. 集成电路通讯. 2008(04)
[5]浅谈CMOS模拟集成电路版图设计的器件匹配方法[J]. 姚芳,李秋利. 集成电路通讯. 2008 (04)
[6]《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》在京发布[J]. 范. 信息与电脑. 2006(07)
[7]CMOS电路中抗Latch-up的保护环结构研究[J]. 唐晨,孙伟锋,陆生礼. 现代电子技术. 2006(04)
[8]800MHzCMOS低噪声放大器的设计[J]. 陈继新,洪伟,严蘋蘋,殷晓星,程峰. 微波学报. 2005(S1)
[9]一种高增益低噪声混频器的设计[J]. 薛海妹,唐守龙,陆生礼. 中国集成电路. 2005(08)
[10]深亚微米设计中天线效应的消除[J]. 杨旭,黄令仪,叶青,周玉梅. 半导体学报. 2004(07)
硕士论文
[1]基于40nm工艺的版图邻近效应研究[D]. 武纹吉.西安电子科技大学 2017
[2]基于SiGe工艺的超宽带I/Q解调器设计[D]. 谭聪慧.西安电子科技大学 2015
[3]Ka波段单片集成镜像抑制接收机的设计[D]. 马方玥.浙江大学 2012
[4]0.18um CMOS工艺低噪声放大器的电路及版图设计[D]. 高艳花.复旦大学 2011
[5]CMOS片上ESD保护电路设计研究[D]. 王怡飞.中国科学技术大学 2009
[6]集成电路中ESD防护研究[D]. 崔强.浙江大学 2008
[7]射频识别技术研究与应用设计[D]. 高蜀燕.太原理工大学 2008
[8]噪声系数再分配对优化无线通信接收机结构的分析研究[D]. 王刚.上海交通大学 2007
[9]CMOS射频前端中低噪声放大器的设计[D]. 李霖.浙江大学 2005
本文编号：3671852
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 国内外射频识别技术的概况
1.2 模拟射频接收机前端在RFID技术上的应用与发展
1.3 研究背景与意义
1.4 本文主要工作及内容
第二章 接收机的基本原理
2.1 射频接收机的基本结构
2.1.1 超外差式接收机
2.1.2 镜像抑制接收机
2.1.3 零中频接收机
2.1.4 低中频接收机
2.1.5 数字中频接收机
2.2 射频接收前端重要电气参数
2.2.1 灵敏度
2.2.2 增益
2.2.3 噪声特性
2.2.4 线性度
2.2.5 端口隔离度
2.2.6 稳定性
2.3 接收机总体架构与指标分解
2.4 本章小结
第三章 低噪声放大器的设计
3.1 低噪声放大器的基本原理
3.2 高频低噪声放大器技术研究
3.2.1 LNA典型结构设计
3.2.2 放大管的选择
3.2.3 偏置电路的设计
3.2.4 匹配网络的设计
3.3 低噪声放大器的设计与仿真
3.3.1 LNA放大模式电路设计
3.3.2 LNA直通模式电路设计
3.3.3 LNA总体电路设计与仿真
3.4 本章小结
第四章 下变频混频器的设计
4.1 混频器的总体结构设计
4.2 有源混频器的技术研究
4.2.1 单平衡混频器
4.2.2 双平衡混频器
4.3 混频器的设计与仿真
4.3.1 混频器核心电路设计
4.3.2 混频器参数仿真
4.4 本章小结
第五章 射频前端辅助电路设计
5.1 射频放大器
5.2 本振缓冲放大器
5.3 基准电压源及恒温电流源
5.4 射频收发切换开关
5.5 抗混叠滤波器
5.6 直流修调电路
5.7 本章小结
第六章 版图设计与封装测试
6.1 寄生效应
6.1.1 寄生电容效应
6.1.2 寄生电阻效应
6.1.3 天线效应
6.1.4 版图的匹配性
6.2 电路可靠性设计
6.2.1 容差设计
6.2.2 ESD防护
6.2.3 防闩锁效应设计
6.2.4 电流密度余量设计
6.2.5 电路一致性设计
6.3 高频电路版图布局研究
6.4 射频前端总版图及后仿真结果分析
6.5 芯片封装与测试
6.6 本章小结
第七章 结论
7.1 本文的主要贡献
7.2 下一步工作的展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]射频前端CMOS有源混频器的设计[J]. 李桂琴,宋树祥,岑明灿,刘国伦,张泽伟. 电子元件与材料. 2018(09)
[2]一种补偿低中频接收机I/Q不平衡的方法[J]. 郗蕴天,陈春. 雷达科学与技术. 2015(06)
[3]UWB LNA的增益平坦化及稳定性的反馈技术[J]. 张东晖,张万荣,金冬月,谢红云,丁春宝,赵昕. 半导体技术. 2011(03)
[4]浅谈CMOS模拟集成电路版图设计的器件匹配方法[J]. 姚芳,李秋利. 集成电路通讯. 2008(04)
[5]浅谈CMOS模拟集成电路版图设计的器件匹配方法[J]. 姚芳,李秋利. 集成电路通讯. 2008 (04)
[6]《中国射频识别（RFID）技术政策白皮书》在京发布[J]. 范. 信息与电脑. 2006(07)
[7]CMOS电路中抗Latch-up的保护环结构研究[J]. 唐晨,孙伟锋,陆生礼. 现代电子技术. 2006(04)
[8]800MHzCMOS低噪声放大器的设计[J]. 陈继新,洪伟,严蘋蘋,殷晓星,程峰. 微波学报. 2005(S1)
[9]一种高增益低噪声混频器的设计[J]. 薛海妹,唐守龙,陆生礼. 中国集成电路. 2005(08)
[10]深亚微米设计中天线效应的消除[J]. 杨旭,黄令仪,叶青,周玉梅. 半导体学报. 2004(07)
硕士论文
[1]基于40nm工艺的版图邻近效应研究[D]. 武纹吉.西安电子科技大学 2017
[2]基于SiGe工艺的超宽带I/Q解调器设计[D]. 谭聪慧.西安电子科技大学 2015
[3]Ka波段单片集成镜像抑制接收机的设计[D]. 马方玥.浙江大学 2012
[4]0.18um CMOS工艺低噪声放大器的电路及版图设计[D]. 高艳花.复旦大学 2011
[5]CMOS片上ESD保护电路设计研究[D]. 王怡飞.中国科学技术大学 2009
[6]集成电路中ESD防护研究[D]. 崔强.浙江大学 2008
[7]射频识别技术研究与应用设计[D]. 高蜀燕.太原理工大学 2008
[8]噪声系数再分配对优化无线通信接收机结构的分析研究[D]. 王刚.上海交通大学 2007
[9]CMOS射频前端中低噪声放大器的设计[D]. 李霖.浙江大学 2005
本文编号：3671852
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