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随着数字电视、因特网等新型传输手段的发展,模拟广播面临着越来越严峻的挑战,其处境日益艰难。模拟广播数字化是克服模拟广播致命弱点的最佳选择,也是科技发展的必然趋势。尽量数字广播标准得到了飞速发展,但物美价廉的接收机专用芯片的研发将是数字广播普及的技术瓶颈,而接收机射频前端的设计则是数字广播接收机专用芯片开发的重点与难点。同时根据无线接收机的多标准、多模式发展趋势以及各种数字广播标准的特点,论文对一种同时兼容DRM、DAB、模拟AM和模拟FM标准的专用射频前端芯片设计中的关键技术进行了深入研究。
论文完成了DRM/DAB接收机射频前端系统级的频率规划设计、频率综合器的系统结构设计、并采用SMIC0.18μm混合信号CMOS1P6M工艺完成频率综合器中各子模块的结构设计、电路设计、版图设计、流片和测试工作。论文的研究工作及其论述遵循了自项向下(Top-Down)的路线。
第2章论述了DRM/DAB接收机宜采用上边注入、固定中频的二次变频低中频结构;从理论上探讨了低中频结构的镜像抑制机理以及二次正交混频结构的镜像抑制性能;从抑制各种干扰的角度出发,推导出接收机中中频与本振频率,并完善了整个接收机射频前端的结构;采用Matlab对整个接收机射频前端的镜像抑制性能进行了评估。
第3章论证了DRM/DAB接收机射频前端中需采用带输出可变模分频器的吞除脉冲式锁相频率综合技术来实现;并提出了三种可能的频率综合器结构,即采用除2电路产生正交输出的频率综合器、带多相滤波器的频率综合器和带延时锁相环的频率综合器,并作性能对比,最终确定采用除2电路产生正交输出的频率综合器为最佳结构。
第4章对频率综合器的环路性能进行了研究,包括线性相位模型、相位噪声模型、各元器件对总相位噪声的影响等;采用两种方法完成了环路参数的设计。
第5章设计了一种工作在2.5~3.0 GHz范围内的宽带低相位噪声LC-VCO,并通过了流片验证。
第6章设计了一个吞除脉冲式可编程分频器,其中包括一个32/33双模分频器,一个5比特S计数器和一个11比特P计数器;整个可编程分频器的分频比M∈[992,65535],并通过流片验证。
第7章对现有PFD的结构与性能进行了深度剖析,并从置位方式与复位方式的角度,对现有PFD进行了分类比较与分析;基于TSMC0.18μm CMOS工艺对现有的这些PFD进行了设计、仿真并验证了前面的分析结论;提出了一种基本F类PFD思想的新型PFD结构,并通过流片验证。
第8章对现有的CMOS电荷泵电路进行了分类与比较;提出了一种电荷泵电路结构,并通过流片验证。
论文所做的这些创新性的研究工作将为该拥有自主知识产权的DRM/DAB广播接收机专用芯片的成功研制奠定了理论基础,积累了设计经验。