UWB系统零中频超宽带接收机设计

论文摘要

UWB（超宽带）是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线技术。这种技术原服役于军方,后来被FCC（美国联邦通信委员会）正式批准民用从而备受关注。UWB技术是一种极具竞争力的短距无线高速通信技术。作为UWB通信系统的核心模块,射频接收机越来越多的受到人们的关注。本文重点在实现一个低功耗,低噪声,高线性度的零中频射频接收机。本课题从UWB无线通信标准出发,采用自顶向下的设计方法,主要从噪声与线性度两方面考虑,将系统的性能指标合理的分配到射频接收机的各个模块。为了消除零中频接收机固有的DC-Offset效应,采用了VGA直流反馈技术,将大的交流耦合电容转移到片外,有效的节省了芯片面积。该设计采用主流的SMIC 0.18um射频CMOS工艺,以COB（Chip On Borad）的方式通过PCB测试,测试结果表明,在35GHz的带宽内,接收机通路增益最高可达47.6dB,最小可检测输入信号-70dBm,输入匹配低于-8dB,本振隔离度为38dB,功耗50mW,该接收机已成功应用于UWB相关接收方案组网试验中,可以清晰流畅传输视频。作为UWB无线接收机的重要组成部分,本文详细的给出了超宽带射频开关、低噪声放大器、混频器的设计过程。从单管开关模型出发,对射频开关的插入损耗进行了定量分析,推导出衬底寄生电阻与插入损耗的关系,给出了优化设计方法。测试结果表明开关插入损耗小于1.9dB,反向隔离度好于-27dB,芯片面积为100u*150u,直流功耗为0mW。对超宽带LNA输入匹配与噪声进行了详细的分析,并给出了平坦增益的实现方法。测试结果表明,在3-5GHz的带宽内,最高增益13.2dB,增益波动为±0.45dB,噪声系数3.25.5dB,输入P1d B压缩点为-11.7-15.9dBm,芯片面积0.7mm2,功耗17.2mW。超宽带Mixer采用了电感建峰与电流注入技术,并对mixer噪声与线性度进行了详细分析。测试结果表明,在10M1GHz的带宽内,功率增益-0.41.1dB,输入P1d B压缩点为-5-8dBm,功耗为9mW。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 UWB 技术发展趋势与现状
• 1.3 本文写作目的
• 1.4 论文的研究内容及安排
• 第二章 UWB 无线接收机设计
• 2.1 无线接收机概述
• 2.1.1 非相关接收机
• 2.1.2 相关接收机
• 2.1.3 超外差接收机
• 2.1.4 镜频抑制接收机
• 2.1.5 零中频接收机
• 2.2 UWB 射频接收机系统设计考虑
• 2.3 UWB 射频接收机指标分配
• 第三章 射频收发开关设计
• 3.1 收发开关性能参数
• 3.2 射频集成收发开关设计难点
• 3.3 UWB 接收机中的收发开关设计
• 3.3.1 插入损耗分析
• 3.3.2 SPDT 射频收发开关设计
• 3.4 UWB 接收机中的收发开关测试
• 第四章 低噪声放大器设计
• 4.1 宽带LNA 设计现状
• 4.2 UWB LNA 的设计
• 4.2.1 输入匹配分析
• 4.2.2 噪声分析
• 4.2.3 增益平坦性分析
• 4.3 LNA 测试结果及讨论
• 第五章 混频器设计
• 5.1 混频器的设计考虑
• 5.2 宽带混频器设计现状
• 5.3 UWB 混频器设计
• 5.3.1 核心电路设计考虑
• 5.3.2 带宽拓展技术
• 5.3.3 电流注入技术
• 5.3.4 开关对1/f 噪声分析
• 5.3.5 混频器非线性分析
• 5.4 混频器测试结果及分析
• 第六章 接收机系统测试
• 6.1 接收机原理图
• 6.2 接收机版图设计考虑及PAD 说明
• 6.3 接收机测试结果及分析
• 6.3.1 本振隔离度测试
• 6.3.2 各端口匹配性能测试
• 6.3.3 点频增益测试
• 6.3.4 IQ 路失配测试
• 6.3.5 Mixer 输出信号测试
• 6.3.6 UWB 系统收发系统测试
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
• 已发表的论文
• 参与项目