大规模无线传感网RF前端dB线性可变增益放大器设计

摘要

无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内大量的传感器节点组成的自组织无线网络系统,其目的是协作感知、采集和处理监测区域中监控对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络被认为是21世纪最有影响力的技术之一,被广泛的应用于国防军事、交通管理、医疗卫生、环境监测等众多领域。
　　 随着片上系统技术(SOC)的不断发展,传感器节点的单芯片实现方案渐渐成为了可能,而收发机射频前端电路的集成是这种方案的关键之一。可变增益放大器是WSN射频前端电路中的一个关键电路模块,它与反馈环路的自动增益控制电路为模数转换器(ADC)提供恒定的信号功率。
　　 本文设计了一种应用于大规模无线传感网络RF前端芯片的数字控制CMOS可变增益放大器(VGA)。该放大器采用五级增益单元级联结构,每个增益单元采用了固定增益放大器加可编程衰减器的结构,并且具有直流失调抑制功能。增益的变化通过两步完成,R-2R梯形电阻网络实现6dB增益步进,而0.75dB步进由串行电阻网络来完成。后仿真结果表明,放大器的动态范围为10～88dB,0.75dB步进,增益精确度为0.7mdB,最大增益下等效输入噪声为34.1μV,最大增益下输出三阶交调点为16.1mdB。可变增益放大器采用SMIC0.18μm1P6M混合信号CMOS工艺实现,核面积约为0.08 mm2,在1.8V工作电压下功耗为2.16mV。总之,可变增益放大器工作正常,其各种性能达到了设计的要求,完全可以应用于无线传感器网络中。

目录

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究背景

1.3 国内外可变增益放大器(VGA)的研究现状

1.4 本课题的目的及意义

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 可变增益放大器设计基础

2.1 可变增益放大器简介

2.2 可变增益放大器应用

2.3 可变增益放大器的设计要点

2.4 可变增益放大器的基本结构

2.4.1 控制增益参量实现增益可变

2.4.2 基于运算放大器的VGA

2.4.3 固定增益放大器加衰减器结构

第3章 CMOS可变增益放大器设计

3.1 可变增益放大器整体结构

3.2 主放大电路

3.3 共模反馈电路

3.3.1 共模反馈电路的设计

3.3.2 共模反馈回路的稳定性

3.4 衰减网络

3.4.1 主衰减网络的设计

3.4.2 步进细化衰减网络的设计

3.5 直流失调抑制电路的设计

3.5.1 直流失调的来源

3.5.2 直流失调抑制技术

第4章 版图设计和仿真

4.1 版图设计的艺术

4.2 后仿真结构

总结

参考文献

致谢

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