超寬帶低功耗射頻接收機(jī)前端電路的研究與設(shè)計(jì).pdf

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1、博士學(xué)位論文學(xué)校代號(hào)分類號(hào)10532TN4學(xué)密號(hào)B091000030級(jí)普通博士學(xué)位論文超寬帶低功耗射頻接收機(jī)前端電路的研究與設(shè)計(jì)學(xué)位申請(qǐng)人姓名培養(yǎng)單位導(dǎo)師姓名及職稱學(xué)科專業(yè)孫晶茹信息科學(xué)與工程學(xué)院王春華教授計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)2014年6月17日研究方向論文提交日期 學(xué)校代號(hào)：10532學(xué)密號(hào)：B091000030級(jí)：普通湖南大學(xué)博士學(xué)位論文超寬帶低功耗射頻接收機(jī)前端電路的研究與設(shè)計(jì)學(xué)位申請(qǐng)人姓名：導(dǎo)師姓名及職稱：孫晶茹王春華教授培養(yǎng)單位：信息科學(xué)與工程學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)2014年6月1

2、7日2014年9月24日駱嘉偉教授專業(yè)名稱：論文提交日期：論文答辯日期：答辯委員會(huì)主席： 超寬帶低功耗射頻接收機(jī)的研究與設(shè)計(jì)ResearchandDesignofUltra-WidebandLow-PowerRFReceiverFront-EndCircuitbySunJingruM.S.(NortheasternUniversity)2004AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEng

3、ineeringinComputerScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWangChunhuaOctober,2014 博士學(xué)位論文湖南大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到

4、本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密□，在2、不保密5。年解密后適用本授權(quán)書。(請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”)作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：日期：年月日年月日I 超寬帶低功耗射頻接收機(jī)前端電路的研究

5、與設(shè)計(jì)摘要超寬帶技術(shù)具有更快的傳輸速率、更高的頻譜利用率、更低的成本，可廣泛應(yīng)用于無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、無(wú)線傳感網(wǎng)、雷達(dá)和定位等領(lǐng)域，已經(jīng)成為了短距離無(wú)線通信的一大亮點(diǎn)。超寬帶技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)超寬帶通信系統(tǒng)的接收機(jī)性能提出了更高的要求，目前各種移動(dòng)終端設(shè)備層出不窮，功能越來(lái)越豐富完善，隨之帶來(lái)了功耗問(wèn)題。在電池技術(shù)尚未取得重大突破的前提下，如何降低接收機(jī)的功耗，延長(zhǎng)其使用時(shí)間，已經(jīng)成為超寬帶接收機(jī)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，對(duì)于推動(dòng)超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文圍繞著如何降低超寬帶射頻接收機(jī)前端電路功耗

6、，提高射頻接收機(jī)前端電路各項(xiàng)性能指標(biāo)等問(wèn)題，對(duì)射頻接收機(jī)前端電路中低噪聲放大器、混頻器、頻率合成器和振蕩器等關(guān)鍵模塊進(jìn)行了研究與討論。(1)本文提出了一種工作在3~5GHz頻率范圍內(nèi)的低電壓高增益差分電流模式超寬帶低噪聲放大器。采用帶變壓器的共柵輸入方法獲得低噪聲寬帶匹配，采用電流模式電路設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)輸出為電流信號(hào)，避免了電流-電壓轉(zhuǎn)換。電路采用0.18μmCMOS工藝實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的低噪聲放大器電路工作電壓僅為0.8V，增益達(dá)到18.7~19.3dB，最大噪聲僅為2.65dB，IIP3約為2.8dB

7、m。(2)本文提出了一種超低功耗超寬帶低噪聲放大器。電路通過(guò)采用電流復(fù)用技術(shù)及襯底偏置技術(shù)兩種超低功耗技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，低噪聲放大器的轉(zhuǎn)換增益達(dá)到11.4~12.2dB，雙邊帶噪聲低于4.3dB，輸入輸出反射系數(shù)都低于-10dB，并且LNA供電電壓為0.8V，使功耗下降為1.9mW。(3)本文提出了一種可工作在3~10.6GHz頻率范圍的超寬帶低電壓低功耗混頻器電路。所設(shè)計(jì)的混頻器以傳統(tǒng)的吉爾伯特雙平衡混頻器為基礎(chǔ)，同時(shí)采用襯底偏置技術(shù)和低電壓電流注入技術(shù)來(lái)降低混頻器功耗。仿真結(jié)果表明，在0.8V的工

8、作電壓下，單邊帶噪聲為7.1~11.4dB，轉(zhuǎn)換增益為12.1~18.8dB，輸入1dB壓縮點(diǎn)約為-10dBm，輸入三階互調(diào)點(diǎn)約為-1.8dBm，功耗僅為1.9mW。(4)本文提出了一種工作于L波段的無(wú)電感正交壓控振蕩器。該振蕩器由單個(gè)電流差分跨導(dǎo)放大器（CDTA）構(gòu)成，可工作于1.45GHz，通過(guò)改變偏置電壓，頻率可調(diào)諧范圍為145MHz。由于不包含大電感元件，此電路占用的版圖面積僅