超宽带通信电路集成中的若干关键技术研究

摘要

超宽带(Ultra-Wide-Band，UWB)通信系统是一种占用很高带宽的新型通信系统。目前有两种比较流行的方案，一种是脉冲无线电超宽带(Impulse Radio-Ultra-Wide-Band，IR-UWB)通信系统，与通常的正弦窄带通信方式不同，IR-UWB通信系统采用具有几个GHz瞬时工作带宽的无载波极窄时域脉冲作为信息传输载体；另一种是多带正交频分复用超宽带(MB-OFDM LIWB)系统，这种系统很大程度上继承了传统的载波通信技术。这两种UWB系统的芯片集成在CMOS工艺条件下面临了巨大的挑战。本文的主要研究内容是针对两种体制的UWB系统，研究若干关键电路的CMOS集成技术。 文中首先对IR-UWB系统里面的脉冲发生和调制电路集成技术进行了研究，讨论了其设计方法，设计了通断键控调制(OOK)和跳时二进制脉冲幅度调制(TH-BPAM)方式的高斯窄脉冲信号发生器。其中OOK调制脉冲发生电路采用HJTC0.18um CMOS工艺进行流片，脉冲发生器获得了脉冲宽度小于1ns的测试结果。本文提出的脉冲发生方案能有效降低窄脉冲信号对于工艺和温度的敏感性，结构简单。 门控积分电路为IR-UWB系统的相关接收和脉冲延展提供了新的电路方案。因此门控积分器是IR-UWB接收机里的关键电路之一，本文也对门控积分器的集成设计技术进行了研究，并设计了一个能处理0~1GHz信号的门控积分器电路，电路采用HJTC0.18um CMOS工艺进行了流片验证，测试结果表明积分器能对0~1GHz的信号进行进行积分、积分值保持和清除，并且工作的重复频率可以达到100MHz。 本文在最后部分针对MB3-OFDM UWB系统里面的频率合成电路提出了新的频率合成结构，与同类的频率合成器相比，结构上更为简单，减少了里面电路模块的数量，能有效的降低频率合成的功耗和芯片面积。同时采用SMIC0.18um CMOS工艺对这种结构的频率合成器中的锁相环进行了分析和设计，仿真结果表明，该锁相环能在1.5us内锁定，消耗的电流小于25mA，相位噪声在1MHz频偏小于-105dBc/Hz。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 UWB技术的历史和现状

1.2 UWB技术的特点

1.2.2 IR-UWB方案特点

1.2.2 MBOA方案特点

1.3 UWB集成技术进展

1.4论文的主要工作与结构安排

1.4.1论文的主要工作

1.4.1论文的结构

第二章UWB射频前端

2.1 UWB频谱规划

2.2 IR-UWB收发机

2.2.1信号的调制

2.2.2信号的接收

2.2.3 IR-UWB收发机架构

2.2.4 IR-UWB收发机小结

2.3 MB-OFDM UWB收发机

2.3.1MB-OFDM UWB收发机结构

2.3.2MB-OFDM UWB收发机小结

2.4本章小结

第三章UWB脉冲发生

3.1 UWB脉冲发生器介绍

3.1.1高斯窄脉冲信号的产生

3.1.2脉冲信号的整形

3.1.3高阶脉冲信号的产生

3.2高斯窄脉冲发生器的设计

3.2.1 MOSFET电气特性

3.2.2逻辑门设计

3.2.3延迟链设计

3.2.4 OOK高斯窄脉冲发生器设计

3.2.5 TH-BPAM一阶微分高斯窄脉冲的实现

3.3芯片测试结果

3.4本章小结

第四章门控积分器

4.1积分器介绍

4.1.1积分器的种类

4.1.2模拟积分器原理简介

4.1.3国内外研究状态

4.1.4 IR-UWB接收机中的积分器

4.2门控积分器设计

4.2.1设计目标

4.2.2输入级的设计

4.2.3 Gm-C积分的设计

4.2.4输出级设计

4.2.5基准电压

4.2.6芯片电路与版图

4.2.7电路仿真结果

4.3芯片测试结果

4.4本章小结

第五章频率合成器

5.1频率合成基本原理

5.1.1频率合成的性能指标

5.1.2频率合成的基本原理

5.2设计指标

5.3结构选择

5.4正交压控振荡器

5.4.1正交信号产生方式

5.4.2 VCO的相位噪声

5.4.3 VCO的结构

5.4.4 VCO参数设计与优化

5.4.5仿真结果

5.5分频器

5.5.1分频器结构选择

5.5.2 Divider的设计优化

5.5.3仿真结果

5.6其它电路

5.6.1低频除法器

5.6.2鉴频鉴相器

5.6.3电荷泵

5.6.4环路滤波

5.7仿真结果

5.8本章小结

第六章结束语

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果