用于电力线通信的CMOS模拟前端集成电路关键技术研究

摘要

电力线通信（PLC）技术可通过传输电力的相同路线传输数据，从而可为各种应用提供低成本通信介质，该技术也可以用于同轴电缆、电话线等媒体来传输。PLC通过取消设备互联所需的其他连线，不但可以大幅降低系统成本，减少构建新的通信网络的支出，提高可靠性，同时还可在其他联网成本高昂的环境下实现高效通信。然而，电力线自身噪声较大，需要高稳健架构确保数据可靠性。接收发送器（Transceiver）作为整个电力线通信系统中的关键接口模块，随着CMOS集成电路技术的发展，正受到越来越多的关注、研究和开发。
　　电力线通信模拟前端收发器的第一级通常为低噪声放大器（LNA），本文结合R-2R结构电阻衰减器，以全差分差动放大器为核心模块，设计了一款可变增益低噪声放大器。基于SMIC0.18um CMOS工艺的仿真结果显示，其增益动态范围为12dB，3dB带宽大于100MHz，最大增益处输入1dB压缩点、输入三阶交调点分别为2.91dBm、12.91dBm，20MHz处的输入参考噪声为2.297nV/√Hz，在0V～3.3V的输入共模电压变化范围内第一级输出共模电压稳定不变，3.3V供电电压下的功耗为43mW。
　　同样，作为收发器中不可或缺的一个模块，自动增益控制（AGC）系统的核心部分是可变增益放大器（VGA，Variable Gain Amplifier）。本文采用二进制权转换和增益可配置技术设计了一个可编程增益放大器（PGA），其增益与工艺、温度变化无关，在保持较小增益误差的同时将dB-线性增益范围扩大一倍。采用SMIC0.18um CMOS工艺进行仿真，仿真结果表明本文所设计的PGA的dB-线性增益动态范围为42dB（-21dB～21dB），增益误差小于±0.54dB，最大增益处的3dB带宽为60MHz、噪声系数小于15dB，输入1dB压缩点（P1dB）和输入三阶交调点（IIP3）的变化范围分别是-9.2dBm～0dBm和-5dBm～17.4dBm，0～100℃的温度变化范围内最大增益误差不超过0.85dB，3.3V电源电压下消耗的平均电流为2.1mA。

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第一章 绪论

1.1 电力线通信

1.2 用于电力线通信的CMOS模拟前端

1.3 国内外研究现状

1.4 论文结构

第二章 噪声理论与非线性失真

2.1 噪声理论

2.2 非线性失真

2.3 本章小结

第三章 低噪声放大器

3.1 低噪声放大器常见结构和原理

3.2 可变增益低噪声放大器的设计

3.3 仿真及仿真结果分析

3.4 本章小结

第四章 可变增益放大器

4.1 自动增益控制环路基础

4.2 VGA常见结构和原理

4.3 基于CMOS工艺的指数函数实现方法

4.4 二进制权可配置可编程增益放大器的设计

4.5 仿真及仿真结果分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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