超宽带脉冲发生器设计及优化

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自从美国联邦通信委员会为超宽带技术分配了7.5GHz的通信带宽以来,学术界和产业界都对这种短距离、高速无线传输技术的研究与开发产生了浓厚的兴趣。超宽带技术的发展潜力在于它能与现有的无线技术共存而不相互发生干扰,又能够实现高速率、低功耗的无线通信。在超宽带通信系统中,依靠极窄的时域脉冲来传送信息,脉冲的时域持续时间与波形会对系统的性能产生直接的影响。研究超宽带脉冲发生器的设计,目的是为了以CMOS工艺为基础,设计能产生时域超短脉冲的电路。因此在设计前,脉冲波形的选择是至关重要的。本文的主要研究内容是设计了一种应用于冲激无线电超宽带通信系统的CMOS脉冲发生器。电路的结构主要包括三个部分,即延时单元,脉冲产生单元和脉冲成形单元。采用本文提出的脉冲发生器结构,能够产生短时高阶高斯双周期脉冲信号作为超宽带系统的信息传输载体,同时脉冲信号具有中心频率可调的优点。与传统脉冲产生电路相比,本文的设计除了考虑波形的时域持续时间外,还考虑了波形的微分次数对脉冲性能的影响。而且由于设计中使用了差分结构,使同时产生差分输出脉冲信号成为了可能。电路使用纯CMOS工艺实现,电路结构简单,易于集成。另外,本文还提出了一种新的超宽带脉冲发生器电路的设计准则,即系统有效噪声系数最小化准则。当调整脉冲信号能量分布使之与超宽带接收电路的点噪声系数相匹配时,就能实现系统有效噪声系数最小化。由于电路具有中心频率可调性,所以调整脉冲能量分布很容易能够实现。最后,本文还采用TSMC0.18μm标准CMOS模型,使用1.8V标准电源电压,对设计的电路性能进行了仿真。仿真结果表明本文的方法能够产生时域宽度约为500ps的高斯双周期脉冲信号。而且通过脉冲有效噪声系数最小化,本文的设计在提高电路噪声性能方面比现有的脉冲生成方法有更好的表现。相信本文提出的CMOS脉冲发生器作为超宽带发射机结构中必不可少的一部分,一定能满足未来无线通信应用的各种要求。
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