UHF RFID零中频接收机混频器和压控振荡器的研究与设计

摘要

超高频射频识别系统具有识别距离远、通信速度快、信息容量大、尺寸小等特点，因此得到了各个领域的广泛研究与关注。混频器（Mixer）、压控振荡器（VCO）以及二分频器是UHF RFID接收机中三个关键的射频模块，其设计具有很高的科学及工程价值。
　　论文根据对UHF RFID协议、零中频结构，确定了这三个模块的性能指标，然后基于SMIC0.18μm CMOS工艺，采用Cadence软件分别对其进行了电路设计与仿真。
　　首先，在传统的双平衡吉尔伯特（Gilbert）结构单元的基础上，运用动态电流注入技术，来减小混频器的噪声系数；跨导级采用差分多栅晶体管结构来改善其线性度，结合这两种技术论文提出了一种改进型的混频器电路，并提出相应的电路优化方法。在1.8V电源电压下，后仿真显示，该混频器取得12.31 dB的噪声系数、-5.5 dBm的输入1-dB压缩点、12.47 dB的转换增益，芯片仅消耗7.2 mW功耗。
　　其次，在设计压控振荡器(VCO)时，结合了4位的开关电容阵列结构，以此来提高调谐范围，起到了降低VCO的相位噪声的作用。为了提高相位噪声性能，论文研究了以下几种消噪技术：去除尾电流源、大电容滤波以及二次谐波谐振滤波等。后仿结果表明，调谐范围为1.676 GHz~2.379 GHz，相位噪声为-97.73 dBc/Hz@100 KHz,-122.6 dBc/Hz@1 MHz，功耗为9.6mW。
　　最后，针对二分频器设计时，在动态负载锁存器的结构上，采用单时钟输入，将共源结构改为工作速率更高的共栅结构，实现单端动态负载锁存，从而防止锁存器的失配，进而避免出现输出正交以及差分信号的相位与幅度的偏离现象。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外UHF RFID技术研究现状

1.3课题研究中的挑战

1.4主要工作内容和研究成果

第二章 接收机结构的分类以及相关协议

2.1几种常见的接收机结构

2.2 UHF RFID的相关协议

2.3 UHF RFID阅读器接收机的系统结构以及指标要求

2.4本章小结

第三章 混频器的电路设计、版图与仿真

3.1混频器原理

3.2混频器的性能

3.3混频器的基本结构类型

3.4传统型Gilbert 结构混频器分析

3.5本课题的混频器结构改进设计

3.6下混频器的设计步骤

3.7混频器的主要指标仿真结果

3.8本章小结

第四章 压控振荡器的电路设计、版图与仿真

4.1振荡器原理分析

4.2 VCO设计过程中难点

4.3 VCO电路的基本结构

4.4低功耗和低相位噪声设计

4.5电压偏置型LC VCO

4.6本章小结

第五章 二分频器的电路设计、版图与仿真

5.1二分频器设计

5.2本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢