面向行业专网的软件无线电接收机芯片关键技术研究

发布时间：2017-05-02 03:13

  本文关键词：面向行业专网的软件无线电接收机芯片关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前行业专网通信频段稀缺,不能满足各行业对于专网通信的快速增长需求,关键行业的通信技术受制于国外厂商。本论文研究面向行业专网应用的软件无线电接收机芯片关键技术,对可重构技术、抑制带外干扰技术、抑制谐波干扰技术、校准技术、低噪声高线性射频前端电路和可重构低功耗模拟中频电路设计技术开展深入研究。研究了抗干扰接收机的关键技术,提出了一种基于抗干扰低噪声放大器、电压型无源混频器和电流域低通滤波器的带外抑制接收机系统架构,提高了接收机抑制带外干扰信号的能力;并提出了一种基于矢量增益调节实现增益失配和相位失配校准的谐波抑制校准技术,提高了接收机抑制谐波干扰信号的能力。研究了低噪声、高线性、低功耗的电路设计技术,提出了一种双重反馈低噪声放大器结构,提高了带外抑制能力,降低了噪声系数;并提出了两款高性能运算放大器结构,采用调零电阻密勒前馈电容和有源前馈技术提高了运算放大器高频性能,采用准静态悬空栅技术提高了运算放大器驱动能力。研究了数字辅助自动校准技术,提出了一种低噪声放大器LC负载谐振频率校准技术,利用接收机下混频通道完成校准过程,降低了校准实现复杂度;并提出了一种分段线性功率检测器结构,可以同时提高检测灵敏度和动态范围。基于所提出的关键技术,本论文采用65nm CMOS工艺实现了两款0.1-5.0GHz软件无线电接收机芯片。第一款芯片采用三条并行射频前端通道以满足不同应用环境的需求,具有工作模式灵活可重构的特点。第二款芯片采用了基于8相电压型无源混频器的系统架构,具有同时抑制带外干扰和谐波干扰的能力。测试结果表明,接收机最大增益为100d B,噪声系数为1.7d B,-5d Bm带外强干扰情况下噪声系数为16d B,芯片功耗为20-76m W。校准后的带外IIP2为71d Bm,镜像抑制度为58d B,三阶和五阶谐波抑制分别为61d B和68d B。两款接收机芯片可以支持DVB-H、LTE、802.11g和Zig Bee等主流通信标准,对TDD-LTE解调信号的误差矢量幅度为5%。
【关键词】：行业专网 软件无线电 接收机 抗干扰 校准技术
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN851
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 引言10-28
• 1.1 软件无线电技术概述10-12
• 1.2 工业界发展现状12-14
• 1.3 课题应用领域14-16
• 1.4 课题技术挑战16-20
• 1.5 学术界研究进展20-26
• 1.6 论文主要贡献26-27
• 1.7 论文组织结构27-28
• 第2章 接收机系统级设计28-40
• 2.1 本章引论28
• 2.2 接收机系统架构28-31
• 2.3 噪声指标31-33
• 2.4 线性度指标33
• 2.5 动态范围指标33-35
• 2.6 滤波器阶数与模数转换器位数的关系35-36
• 2.7 接收机设计指标36-37
• 2.8 本章小结37-40
• 第3章 抗干扰接收机关键技术40-68
• 3.1 本章引论40
• 3.2 干扰信号来源40-44
• 3.3 抑制带外干扰信号关键技术44-51
• 3.3.1 带外抑制接收机架构44-46
• 3.3.2 电压型无源混频器非理想问题46-49
• 3.3.3 电流域低通滤波器49-51
• 3.4 抑制谐波干扰信号关键技术51-58
• 3.4.1 混合型8相本振时钟信号产生技术52-53
• 3.4.2 8相本振时钟相位不确定问题及校正技术53-55
• 3.4.3 谐波抑制校准技术55-58
• 3.5 抑制时分复用系统中发射机泄露信号关键技术58-66
• 3.5.1 MOS开关管模型58-60
• 3.5.2 独立偏置技术60-62
• 3.5.3 宽带泄漏抵消技术62-64
• 3.5.4 天线开关测试结果64-66
• 3.6 本章小结66-68
• 第4章 低噪声高线性可重构接收机射频前端电路68-91
• 4.1 本章引论68
• 4.2 抗干扰低噪声放大器68-79
• 4.2.1 低噪声放大器抗干扰技术69-71
• 4.2.2 双重反馈低噪声放大器71-76
• 4.2.3“8”字型嵌套电感76-78
• 4.2.4 反相器结构低噪声放大器78-79
• 4.3 高性能跨导放大器79-86
• 4.3.1 高隔离度技术80-82
• 4.3.2 共模稳定性技术82-86
• 4.4 带外抑制跨阻放大器86-89
• 4.5 本章小结89-91
• 第5章 可重构低功耗接收机模拟中频电路91-108
• 5.1 本章引论91
• 5.2 可重构模拟中频滤波器91-93
• 5.3 可编程增益放大器93-94
• 5.4 可重构模数转换器94-95
• 5.5 低功耗运算放大器95-106
• 5.5.1 差模性能95-100
• 5.5.2 共模性能100-102
• 5.5.3 驱动能力102-104
• 5.5.4 运算放大器结构104-106
• 5.6 本章小结106-108
• 第6章 接收机自动校准技术108-130
• 6.1 本章引论108
• 6.2 自动校准系统108-110
• 6.3 自动校准算法110-111
• 6.4 校准电路111-123
• 6.4.1 谐振频率校准电路111-112
• 6.4.2 谐波抑制校准电路112-115
• 6.4.3 二阶交调校准电路115-117
• 6.4.4 直流失调校准电路117-118
• 6.4.5 增益恒定校准电路118-120
• 6.4.6 镜像抑制校准电路120-123
• 6.5 自动增益控制系统123-129
• 6.5.1 分段线性结构功率检测器124-126
• 6.5.2 自适应偏置电路126-128
• 6.5.3 芯片测试结果128-129
• 6.6 本章小结129-130
• 第7章 0.1-5.0GHz软件无线电接收机芯片130-157
• 7.1 本章引论130
• 7.2 灵活可重构接收机芯片130-143
• 7.2.1 系统架构130-132
• 7.2.2 芯片实现与测试132-138
• 7.2.3 芯片小结138-143
• 7.3 抗干扰接收机芯片143-154
• 7.3.1 系统架构143-145
• 7.3.2 芯片实现与测试145-154
• 7.3.3 芯片小结154
• 7.4 本章小结154-157
• 第8章 总结与展望157-161
• 8.1 论文工作总结157-159
• 8.2 未来工作展望159-161
• 参考文献161-169
• 致谢169-173
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果173-174

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本文编号：340194