基于Sub-GHz无线通信技术的低中频接收机设计

摘要

在当今世界，无线产品已无处不在，我们周围分布着大量的无线终端以及各种应用系统，如气象站、智能家居、自动抄表、汽车无钥匙进入系统（RKE）、喷灌系统、照明系统、无线体域网等。Sub-GHz无线通信技术广泛应用于这些无线设备以及应用系统中。论文的主要研究工作是基于Sub-GHz无线通信技术，采用GSMC0.18μm CMOS工艺，设计一款低中频接收机芯片，用于无线体域网或自动抄表系统中。
　　论文首先对Sub-GHz无线技术作了简单介绍，并对其不同的应用进行了深入分析。接着介绍与分析了主流接收机的结构，比较了不同结构的优缺点。在满足应用要求下，本项目选择低中频接收机结构，并且规划了该接收机的系统指标。
　　论文深入研究并设计了用于低中频接收机的主要模块，包括低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)、混频器、有源滤波器。论文在第三章分别设计了一个窄带LNA（用于400MHz频率）与一个宽带LNA（可用于400MHz和900MHz两个频段内）。在供电电压1.8V下:低噪声放大器消耗直流电流小于5mA，1）窄带LNA的增益范围为19～40dB，噪声1.55～1.69dB，2）双频段LNA的噪声低于2dB，增益为23～26dB;混频器消耗直流电流小于0.7mA，转换增益约为17dB，线性度(Ⅱ)P3约为4dBm;有源滤波器消耗直流电流低于8mA，中心频率为2MHz，镜像抑制大于40dB，增益约为1dB。
　　论文在第六章介绍了用于低中频接收机中的增益可变中频放大器、分频器、偏置电路模块，整个接收机消耗直流电流小于17mA，工作在400MHz频段内，增益范围为41～60dB，噪声范围为2.8～6dB。论文最后对这款低中频接收机芯片进行了流片并测试，测试结果表明论文设计的接收机能够成功接收并解调的输入信号幅度范围为-50～-10dBm。
　　最后论文对整个低中频接收机的研究设计工作做了总结，并在已有的设计基础上展望了未来的设计。

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致谢

摘要

插图目录

表格目录

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 接收机发展现状

1．2．2 Sub-GHz技术发展现状

1．3 论文的研究内容及章节安排

第2章 接收机关键指标及架构研究与分析

2．1 射频接收机关键指标

2．1．1 噪声系数

2．1．2 线性度

2．1．3 灵敏度与动态范围

2．2 射频接收机架构

2．2．1 超外差接收机

2．2．2 零中频接收机

2．2．3 低中频接收机

2．3 低中频接收设计难点

2．3．1 中频频率选择

2．3．2 复数滤波器校准

2．4 Sub-GHz接收机系统性能指标

第3章 低噪声放大器研究与设计

3．1 低噪声放大器的关键技术指标

3．1．1 噪声

3．1．2 增益与输入匹配

3．1．3 线性度

3．1．4 稳定性

3．2 窄带低噪声放大器的研究及设计

3．2．1 电路结构选取

3．2．2 窄带低噪声放大器设计

3．2．3 窄带低噪声放大器仿真结果

3．3 双频段低噪声放大器的研究及设计

3．3．1 电路结构选取

3．3．2 双频段低噪声放大器设计

3．3．3 双频段低噪声放大器的仿真结果

第4章 有源混频器研究与设计

4．1 混频器的关键技术指标

4．1．1 转换增益

4．1．2 噪声系数

4．1．3 线性度

4．1．4 隔离度

4．2 混频器的分类及结构选取

4．2．1 CMOS无源混频器

4．2．2 CMOS有源混频器

4．2．3 CMOS混频器结构比较以及选择

4．3 低中频接收机中混频器的设计与仿真

4．3．1 CMOS吉尔伯特混频器的设计

4．3．2 CMOS吉尔伯特混频器的仿真

第5章 有源复数滤波器研究与设计

5．1 有源复数滤波器的结构

5．1．1 滤波器常用的逼近函数

5．1．2 滤波器的实现方式

5．1．3 论文滤波器的实现结构

5．2 有源滤波器的设计

5．2．1 应用系统以及设计指标

5．2．2 Tow-Thomas Biquard设计

5．2．3 运算放大器设计

5．2．4 有源复数滤波器设计

5．3 滤波器的校准电路设计

5．4 有源滤波器的仿真

第6章 低中频接收机的系统设计仿真与测试

6．1 低中频接收机的系统结构

6．1．1 增益分配方式

6．1．2 低中频接收机的系统结构

6．1．3 低中频接收机中的分频器以及偏置电路

6．2 低中频接收机系统的仿真结果

6．3 低中频接收机系统的部分测试结果

第7章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 研究展望

参考文献

硕士在读期间研究成果