WSN射频收发芯片中低功耗正交VCO设计

发布时间：2017-07-19 07:00

  本文关键词：WSN射频收发芯片中低功耗正交VCO设计

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【摘要】：无线传感器网络是一种由部署在监测区域内大量的微型传感器节点构成的自组织网络系统,可以应用于智能家居、环境检测、医疗护理和军事安全等领域。随着无线传感网技术的发展,射频收发芯片对于频率综合器的稳定性和功耗提出了更高的要求,反映到射频收发送电路中,就要求频率综合器可以提供低功耗,高匹配度的正交四路信号。因此,作为频率综合器中的核心模块,正交压控振荡器(QVCO, Quadrature Voltage Controlled Oscillator)的设计具有重要的理论和工程应用价值。本文简要阐述PLL频率综合器和压控振荡器的基本原理,给出了应用在WSN射频收发芯片中低功耗正交VCO电路的拓扑结构。本文的正交VCO采用两个完全相同的电容电感压控振荡器(LC-VCO)经过MOS管以并联耦合方式实现,单个LC-VCO使用全差分互补交叉耦合结构。本文的正交VCO使用4位电容开关阵列来覆盖频率范围,使用5位电流开关控制字以实现电流调节。整个设计基于Cadence仿真平台,采用TSMC0.18μmRFCMOS工艺。论文完成了电路设计、前仿真、版图设计及后仿真,后仿真结果表明,在环境温度为27℃,TT工艺角,电源电压为1.8V下,调谐频率为2.23GHz～2.88GHz,1MHz的相位噪声优于-114.8dBc/Hz,输出相位差达到91.4。,电流为2.85mA(此时的电流控制字为11000)。本文设计的正交压控振荡器性能满足设计指标要求,可以应用于无线传感网射频收发芯片中。
【关键词】：正交压控振荡器 频率综合器 无线传感网
【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】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.1.1 无线传感网概述8
• 1.1.2 正交压控振荡器的研究现状8-9
• 1.2 本文的研究内容及设计指标9-13
• 1.2.1 WSN频率综合器结构9-10
• 1.2.2 WSN频率综合器性能指标10-12
• 1.2.3 正交VCO设计指标12-13
• 1.3 本文的结构13-14
• 第二章 PLL频率综合器和压控振荡器的基本原理14-30
• 2.1 PLL频率综合器基本结构14-19
• 2.1.1 鉴频鉴相器PFD和电荷泵CP14-16
• 2.1.2 环路滤波器LPF16-17
• 2.1.3 压控振荡器VCO17-18
• 2.1.4 分频器Divider18-19
• 2.2 压控振荡器基本原理19-28
• 2.2.1 振荡原理19-21
• 2.2.2 电感电容式振荡器的电路结构21-22
• 2.2.3 电压受限和电流受限区22-23
• 2.2.4 正交信号的产生23-25
• 2.2.5 相位噪声25-28
• 2.3 小结28-30
• 第三章 低功耗正交VCO电路设计及前仿真30-48
• 3.1 低功耗正交VCO电路设计30-41
• 3.1.1 单个VCO的拓扑结构32
• 3.1.2 电感的选择32-34
• 3.1.3 可变电容与固定电容的选取34-36
• 3.1.4 开关电容阵列设计36-37
• 3.1.5 差分管设计37-38
• 3.1.6 电流偏置设计38
• 3.1.7 耦合方式设计38-41
• 3.1.8 BUFFER电路设计41
• 3.2 低功耗正交VCO前仿真结果41-46
• 3.3 小结46-48
• 第四章 低功耗正交VCO版图设计及后仿真48-56
• 4.1 低功耗正交VCO版图设计48-50
• 4.2 低功耗正交VCO后仿真结果50-54
• 4.3 小结54-56
• 第五章 低功耗正交VCO测试方案56-60
• 5.1 芯片引脚说明56
• 5.2 测试方案56-58
• 5.3 本章总结58-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文68

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本文编号：561618