超宽带无线通信系统射频前端电路研究与设计

来源 :湖南大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:chengshy2008
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超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)技术是当前无线通信技术领域发展极为迅速的一种新型无线通信技术。超宽带技术以高速率、高容量,低功耗和低成本等特性受到通信学术界和产业界的重视,并将获得日益广泛的应用。因此,研究并提高超宽带射频通信电路性能,对无线通信的发展具有重要的科学意义和现实意义。本论文主要研究多载波正交频分复用(MultiBand OFDM,MB-OFDM)超宽带(3.1-10.6GHz)射频前端,包括低噪声放大器、混频器和频率合成器三大主要部件。本文主要的创新工作可概括如下:(1)本文提出了一种工作在3.1-10.6GHz的超低噪声高线性的超宽带低噪声放大器电路。该低噪声放大器电路主要由两级构成:第一级为输入匹配级,采用共栅结构实现宽带输入匹配;第二级为放大级,采用改进型共源共栅结构组成,这种结构在获得良好增益的同时大大降低了对电源电压的要求。通过采用电感负载峰值技术和极间串联电感峰值技术,在整个频带内获得了良好的增益平坦度。提出的电路采用CHRT0.18μm RF CMOS工艺,在Cadence软件进行仿真,结果表明,在1.5V的电源电压下,该电路在整个带宽内实现了良好的输入输出匹配(S11<-9.5dB,S22<-8dB),增益11.3-15.3dB,最小噪声系数仅为2.75dB,三阶互调截点IIP3为19dB,功耗为17mW。(2)本文提出了一种工作在3.1-10.6GHz频段的低电压低功耗的超宽带低噪声放大器电路。该低噪声放大器电路主要由两级共源放大器和输出缓冲器构成,采用LC滤波网络实现输入匹配,结合电流复用技术,在整个频带内获得了较低的功耗和较高的增益。提出的电路采用CHRT0.18μmCMOS工艺,在Cadence软件进行仿真,仿真结果表明,在1V的电源电压下,该电路在整个带宽内实现了良好的输入输出匹配(S11-10dB, S22<-10.5dB),增益为15.5-17.5dB,最小噪声系数为2.8dB,功耗仅为6mW。(3)本文提出了一种工作在3.1-10.6GHz频段的超低功耗高线性度上混频器电路。在传统吉尔伯特(Gilbert)单元电路的基础上,通过在开关对共源节点插入T型LC网络吸收寄生电容,使得混频器的线性度性能有了大幅的改善;结合使用电流注入技术,使得混频器在低功耗条件下具有较高的增益和线性度。提出的电路采用CHRT0.18μm CMOS工艺,在Cadence软件仿真,仿真结果显示,在3.1-10.6GHz频带内,工作电压为1.2V,功耗仅为2.4mW,混频器的转换增益达到了10±1dB,IIP3为7.19dBm,噪声系数为7.1~7.8dB。(4)本文提出了一种应用于3.1-10.6GHz频段的无电感超宽带频率合成器电路。该电路结构上的特点是:一是只包括一个锁相环和两个宽带单边带混频器,无需在末级单边带混频器增加滤波网络来改善输出信号的纯度,结构上的简化有助于电路功耗、面积和成本的降低。二是在锁相环中采用无电感正交环形振荡器和两路无电感双边带混频器实现单边带混频器,进一步降低了电路的复杂度、版图面积和总功耗。采用TMSC0.18μmRF CMOS工艺,使用ADS工具进行仿真,结果表明,该超宽带频率合成器在1.8V的电压下,产生从3432MHz到10296MHz的频率,载波频率之间的转换时间约为2.5ns,输出信号中的杂散信号功率不超过-30dBc。
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