【摘 要】
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在无线通信技术中,Lo Ra技术以其低功耗,有较长的通信距离等特性,不断拓展得到许多新型应用。射频前端电路是无线通信系统的重要组成部分之一,也决定了系统的大部分功耗。因此,射频电路在期望的性能指标,芯片尺寸和成本之间进行权衡以达到尽可能更优的综合设计,是本论文的研究目标。本文设计的射频前端电路应用于胎压监测系统,主要围绕其中的核心模块低噪声放大器,功率放大器以及匹配网络进行了研究与设计,开展了基于
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在无线通信技术中,Lo Ra技术以其低功耗,有较长的通信距离等特性,不断拓展得到许多新型应用。射频前端电路是无线通信系统的重要组成部分之一,也决定了系统的大部分功耗。因此,射频电路在期望的性能指标,芯片尺寸和成本之间进行权衡以达到尽可能更优的综合设计,是本论文的研究目标。本文设计的射频前端电路应用于胎压监测系统,主要围绕其中的核心模块低噪声放大器,功率放大器以及匹配网络进行了研究与设计,开展了基于110nm CMOS工艺的电路和版图设计及后仿真验证。本文主要取得研究成果如下:(1)设计了一种采用电流复用技术的无片上电感的低噪声放大器(LNA),电路的放大结构采用NMOS管和PMOS管串联,其中PMOS管体电阻的等效电阻值作为负载,电路中不需要传统结构中的电感电容负载,最终的LNA部分版图面积为0.387mm*0.199mm,与达到相同性能的其他设计相比节约了约50%的面积。最终电路的仿真结果表明,在工作频率范围内,LNA增益均大于23.5d B,最大值为26.5d B,反射系数S11均小于-10d Bm,噪声系数基本保持在2.23d B。在433MHz频率处,电路的1d B压缩点P1d B为-12.35d Bm,三阶交调点IIP3为-4.825d Bm。在1.5V的电压下,电路的功耗为4.2m A。(2)设计了一种E类功率放大器(PA),为实现能够在不同距离有不同的输出功率,功率放大器采用8组并联的晶体管,并通过3-8译码器控制其是否接入电路中。功率放大器的版图面积为0.323mm*0.09mm。电路的仿真结果表明,在工作频率范围内,电路的输出功率均大于14.62d Bm,最大为433MHz处的17.4d Bm,最大的功率附加效率为53%,电路的功耗为50m A。(3)将得到的LNA和PA版图加入引脚,形成整体版图,两部分电路通过同一个端口连接到天线,考虑LNA的信号接收会受到PA端电容电感的影响,折衷考虑,在能够达到性能要求的前提下,设计中选择放弃PA端20%性能的匹配网络,以保证LNA性能。综上所述,本文对射频收发机的关键模块低噪声放大器,功率放大器及其匹配网络进行了分析和电路优化设计,后仿真验证结果表明,芯片性能达到了设计要求,将投入流片。
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