UWB-NFC部件互联射频接收机SOC芯片设计

摘要

超宽带极短距离无线通信技术(UWB-NFC)在我国正处于起步发展的阶段。由于超宽带(Ultra Wideband, UWB)无线通信具有的低功率谱密度、高能效等优点,在低费用的中短距离无线通信中具有独特应用优势。伴随着有线接入的普及,一米内的极短距离无线通信(如近场通信,NFC)和无线接入就变得越来越必要,极短距离无线通信的需求也日益增长。
　　本文依托于清华大学深圳研究生院承担的“国家863计划”项目中“超宽带SOC芯片设计与组网试验研究课题”(课题编号:2007AA01Z2b3)。根据课题要求,针对无需考虑多径效应的近场通信(NFC)信道,研制一种应用于电子设备间无线互联的高速UWB SOC接收芯片。
　　系统芯片采用了一种新型的异步检测非相关接收方案,其核心运算单元由平方器和低通滤波器构成,能实现对射频带宽3~5GHz、传输符号速率250Mbps的超宽带(UWB)射频信号的接收。芯片具有低复杂度、低功耗、低成本、高速、高稳定性的特点。课题新颖具有实际应用价值。
　　本文首先对现有的几种超宽带信号接收技术进行了分析,确定了一种新型的异步检测非相关UWB-NFC接收芯片设计方案。根据该方案,给出了理论算法,利用MATLAB软件验证该算法的可实施性;对芯片的系统框架进行系统电平增益分配、噪声系数核算、输出驱动能力配置等各项规划;基于0.18um RF CMOS标准工艺和1.8V工作电压,完成了芯片全系统的电路与版图设计。
　　最后利用Cadence Spectre软件对设计芯片进行了前、后端仿真验证。后仿真结果表明,该芯片可以用于频带范围3~5GHz的超宽带近场通信(UWB-NFC)系统,能满足低功耗、高性能电子系统应用的需求,具有宽带输入匹配、噪声系数低、线性性能好、优异的电源抑制比、良好的应用价值。所设计的电路和版图通过了清华大学深圳研究生院测试审核,送交流片。

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第一章 绪论

§1.1 项目研究背景

§1.2 国内外超宽带技术研究现状

§1.3 低复杂度、低功耗UWB-NFC部件互联SOC芯片研究意义

§1.4 项目研究内容及技术指标

§1.5 本文章节安排

§1.6 本章小结

第二章 超宽带信号接收方式比较

§2.1 近场通信（NFC）环境介绍

§2.2 超宽带接收方式介绍

§2.3 各接收方式比较

§2.4 本章小结

第三章 芯片系统解决方案设计

§3.1芯片系统的总体结构

§3.2系统电平分配

§3.3系统算法仿真测试

§3.4 本章小结

第四章 芯片关键电路设计

§4.1 超宽带低噪声放大器

§4.2 超宽带平方器

§4.3 低通滤波器

§4.4 缓冲放大器

§4.5 高速判决器

§4.6门限产生单元

§4.7 基准电流源及电流分配单元

§4.8 本章小结

第五章 芯片版图设计及后仿真测试

§5.1 芯片版图设计

§5.2 芯片主要电路关键指标测试

§5.3 系统指标测试

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1课题工作总结

§6.2 研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果

附 录