论文部分内容阅读
随着无线通信技术的发展，短距离无线通信技术被广泛应用，超宽带(UWB，Ultra Wideband)作为短距离无线通信技术之一，具有高分辨率，高通信速率，低功耗等优点，受到了学术界和工业界的重视，应用在越来越多的场合。 本文基于IEEE802.15.4a协议，对脉冲式超宽带发射机前端进行了研究与设计。主要工作简述如下: (1)首先分析了脉冲的产生方法，可集成到CMOS系统中的脉冲产生方式分为二种，基于数字电路延时产生脉冲和基于DAC产生脉冲，对这二种产生方式进行了深入研究，并且设计了相应的发射机前端架构。 (2)设计了基于数字电路延时产生脉冲的发射机前端，包括脉冲发射器和射频前端二部分，提出的多路脉冲合成方法，降低了对基带工作速度的要求，设计了基于反相器跨导的Gm-C滤波器，滤除脉冲的高频成分，同时设计了适用于802.15.4a协议的BPSK调制电路，将极性调制到脉冲上。脉冲发生器后面的射频前端包括双平衡混频器和差分Class-A功率放大器，射频前端带宽被设计在3-7GHz范围内，涵盖了3.5GHz和6.5GHz二个频点，将基带脉冲变频到载波频率上并发射出去。 (3)为了探索低功耗的发射机设计，本论文深入研究了基于Mixing-DAC技术的超宽带发射机，分析了不同脉冲波形的功率谱密度，提出了“开关型”Mixing-DAC结构，采样率高达2GHz，可直接产生射频脉冲波形，当无需产生脉冲时，Mixing-DAC电路单元处于“关闭状态”，单元电路理想情况下没有功耗，由于脉冲按一定的占空比发射，因此超宽带发射机功耗得到大幅降低。此外，该结构利用的多个信号通路，使得数字基带工作速度仍然在125MHz的低值，Mixing-DAC后面接入Class A功率放大器，将信号以一定的功率发射出去。 本文设计的发射机前端在0.18um CMOS工艺下完成了设计。对二种架构的发射机前端进行了仿真验证，后仿真结果表明，当本振频率为3.5GHz或6.5GHz时，二种架构均能产生宽带脉冲波形，并且输出的脉冲功率谱密度符合IEEE和FCC规定，其中基于数字延时的发射机前端功耗为190mW，基于Mixing-DAC结构的发射机前端功耗是145mW，功耗的差别源于Mixing-DAC结构的低功耗设计，Mixing-DAC结构的功耗小于6.6mW，占整个发射机前端功耗的5％以下。