AIS MOB用两点调制式压控振荡集成电路的研究及设计

摘要

近些年来，信息技术的发展可谓是日新月异，每天都有各种新式的产品被应用于人们生活衣食住行的各个方面。船舶自动识别技术（Automatic Identification System，AIS）作为一种近些年发展迅猛的技术，在船舶的海上航行以及海上事故落水人员的搜救等方面展露出其独特的优势。尤其是个人海上搜救定位终端（AIS Man Overboard，AIS MOB）以及中继浮标等作为新型的海上应急定位设备被广泛应用于海上意外事故人员的搜救，给行业带来了革命性的突破。AIS MOB可以将全球定位坐标以及UTC时间等信息通过自动广播的形式发射出去，使配备有AIS接收设备的救援力量及时接收，以及提高搜救的精准度。个人海上搜救终端采用基于锁相环路（PLL）两点调制方式的 GMSK调制进行信息的广播。压控振荡器作为锁相环路两点调制技术中的关键部分，其性能越来越受到人们的重视。以往设备中的压控振荡器大都采用分立器件组合而成，性能较差且工艺复杂。CMOS集成电路技术的发展为 AIS设备中由分立器件组成的压控振荡器向集成压控振荡器的变革提供了可靠的技术支持，降低设备复杂度并提高其性能，具有广阔的市场空间。
　　本文首先对AIS技术进行了简要的介绍，包括AIS系统概念和AIS MOB的原理。对AIS MOB中使用的基于PLL两点调制实现的GMSK调制方法进行了分析。在此基础上，确定了符合AIS技术标准的应用于AIS MOB中PLL两点调制的压控振荡集成电路技术参数。
　　在详细分析了振荡器的原理及其两种典型电路结构的基础上，采用环形结构完成了两点调制式压控振荡集成电路的设计。本文设计的两点调制式压控振荡集成电路由四级差分延迟单元构成，差分延迟单元采用电压控制MOS管与交叉耦合MOS管并联的结构，通过两组电压控制管实现两路控制电压的接入。另外，本文分析并设计了提高电路性能的带隙基准电路、镜像电流源电路等辅助电路。
　　本文使用 Empyrean集成电路设计软件 Aether，基于 CSMC0.35μm标准CMOS工艺完成了两点调制式压控振荡集成电路的仿真。仿真结果显示，当微调控制引脚Vctrl输入电压为1V，粗调控制引脚VFM在0-3.3V变化时，输出信号频率范围为255 MHz-393MHz，中心频率是324 MHz。当粗调控制引脚VFM为2.2V，微调控制引脚Vctrl输入电压为1V和3V时，分别对应输出323.95 MHz和324.05 MHz两个固定的频率。本文通过“眼图”来分析噪声的影响，结果显示，VCO的输出波形具有良好的噪声性能。
　　最后，本文完成了两点调制式环形压控振荡器版图的设计，并提取寄生参数进行了后仿真测试。本文的两点调制式压控振荡集成电路达到既定的设计目标。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 本文研究内容

1.3 论文结构安排

第2章 AIS系统及调制技术分析

2.1 AIS系统概念

2.2 AIS MOB原理

2.3压控振荡电路技术参数

2.4本章小结

第3章 锁相环路两点调制理论分析

3.1锁相环路构成及工作原理

3.2 PLL单点调制方式

3.3 PLL两点调制方式

3.4本章小结

第4章 CMOS两点调制式压控振荡电路设计

4.1振荡器基本原理

4.2 压控振荡器定义

4.3 两点调制式压控振荡电路设计

4.4 辅助电路设计

4.5 电路设计仿真

4.6 本章小结

第5章 版图设计

5.1版图设计概述

5.2压控振荡器版图设计

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢