【摘 要】
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全球导航卫星系统(GNSS)几乎能覆盖地球的每个角落,广泛应用在军事及人民的生活中。射频前端是卫星导航终端的重要组成部分,伴随着集成电路产业的逐渐发展壮大,应用于卫星导航终端的射频集成电路(RFIC)成为当下一研究热点,其中多模兼容的接收射频集成电路备受青睐。在我国电子信息产业高速发展的背景下,高集成度的多模多频射频接收芯片具有很高的研究价值。本文针对兼容GPS、BDS、GLONASS和Galil
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全球导航卫星系统(GNSS)几乎能覆盖地球的每个角落,广泛应用在军事及人民的生活中。射频前端是卫星导航终端的重要组成部分,伴随着集成电路产业的逐渐发展壮大,应用于卫星导航终端的射频集成电路(RFIC)成为当下一研究热点,其中多模兼容的接收射频集成电路备受青睐。在我国电子信息产业高速发展的背景下,高集成度的多模多频射频接收芯片具有很高的研究价值。本文针对兼容GPS、BDS、GLONASS和Galileo四大卫星导航系统的接收射频前端芯片的关键技术进行了研究,并采用TSMC 28nm CMOS工艺,对接收芯片及其主要模块进行了设计、优化、仿真和分析:1.分析了射频接收前端系统的架构及主要性能指标,给出了多模卫星导航终端接收射频前端芯片的技术指标与低中频的接收架构,并基于系统指标模块化分解的方法,将总体的指标分配至各个子模块,并通过链路仿真预算验证了系统设计的合理性。2.研究了芯片内子模块及电路的设计方法,设计了一种无片内电感的频率可配置低噪声放大器(LNA),采用数控的双通道输入匹配网络,分别匹配1.2G与1.6G频段信号,不同频点下增益、噪声系数和输入三阶交调点(IIP3)的偏差小于5%;设计了优化的吉尔伯特双平衡混频器,实现了射频信号到中频信号的下变频转换;设计了四阶无源多相滤波器(PPF)以抑制镜像信号,镜像抑制比达45d B以上;采用固定增益放大器(FGA)与可编程增益放大器(PGA)级联的形式,设计了动态范围72d B的五级可变增益放大器(VGA),其中粗调级PGA步进为12d B,细调级PGA步进为2d B;对每个模块进行了不同温度与不同工艺角下的仿真分析,并在设计完成每个模块版图后进行了后仿真分析;此外还设计了一款四位并行式模数转换器(ADC),包括电阻分压网络,比较器阵列和异或门编码器,在0d Bm输入功率和62MHz采样时钟下,ADC可正确输出4位二进制码。3.给出了多模卫星导航终端接收射频芯片的封装和完整接口引脚定义,基于对芯片接收通道版图的布局与规划,完成了整体版图的设计,并对版图进行了输入匹配性、增益和噪声等后仿真分析。集成了整个接收通道的芯片版图面积仅0.02mm~2,为实现多通道接收,且包括发射前端、频率综合器等模块在内的更高集成度卫星导航终端芯片的设计提供了依据。
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