無線射頻收發(fā)系統(tǒng)中自動增益控制與矯正技術(shù)的研究.pdf

1、近年來無線通信經(jīng)歷了快速的發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)的射頻通信系統(tǒng)不斷出現(xiàn)。直接變頻結(jié)構(gòu)順應(yīng)了高集成度，低功耗以及低成本的發(fā)展趨勢，成了射頻收發(fā)機(jī)追逐的體系結(jié)構(gòu)。然而直流失調(diào)，載波泄漏以及IQ失配等直接變頻體系存在的周有問題，限制了其性能的提高和在實際中的應(yīng)用。
　　此外，隨著集成電路的高速發(fā)展，功耗已成為芯片設(shè)計中除速度、面積之外最重要的一個因素，如何設(shè)計一個低功耗的芯片對于現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)非常重要。另外由于接收的信號強(qiáng)度可能在很大范圍內(nèi)變

2、化，因此需要在保證誤碼率的前提下控制信號的強(qiáng)度。所以，一方面接收機(jī)中需要引入自動增益控制環(huán)路，以達(dá)到穩(wěn)定輸出信號大小的目的;另一方面接收機(jī)中需要一個信號能量指示器，根據(jù)傳輸信號自身的能量來調(diào)節(jié)芯片內(nèi)部電流大小，以便降低電路功耗，控制內(nèi)部增益和功率。
　　因此，本論文就無線射頻收發(fā)機(jī)中的自動增益控制與矯正技術(shù)做了深入的討論，針對其中的技術(shù)難題提出了一些新穎的解決辦法，并通過了流片測試驗證。論文的主要創(chuàng)新性研究成果總結(jié)如下:
　

3、　1、對模擬基帶低頻可變增益放大器(VGA)的研究，首先采用指數(shù)構(gòu)造法，在CMOS工藝下，實現(xiàn)了兩種具有指數(shù)增益特性的連續(xù)VGA;其次，提出了兩種應(yīng)用于無線局域網(wǎng)中的高線性度離散VGA;并在現(xiàn)有離散VGA結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過一種新穎的控制方法，實現(xiàn)了增益的連續(xù)可調(diào)，解決了連續(xù)VGA中線性度不高的難題。測試結(jié)果表明，三種不同類型的VGA均提供了很大的增益范圍;連續(xù)VGA經(jīng)過溫度補償后，很好地改善了此放大器增益隨溫度劇烈變化的缺點。
　

4、　2、對直接變頻接收機(jī)中直流失調(diào)問題的研究，針對應(yīng)用于無線局域網(wǎng)中的不同VGA結(jié)構(gòu)，提出了兩種直流失調(diào)消除方案。通過創(chuàng)新性的設(shè)計，此矯正系統(tǒng)一方面解決了高通截止頻率隨著增益變化而改變的缺點，另一方面在保證信號完整性的同時，滿足了快速環(huán)路穩(wěn)定時間的要求，與傳統(tǒng)方案相比，將濾波電容集成在片內(nèi)，節(jié)省了芯片成本。此外，針對數(shù)字電視中要求的極低高通截止頻率，在直流失調(diào)的設(shè)計中，分別采用了線性區(qū)MOS管和密勒效應(yīng)實現(xiàn)等效大電阻和大電容，并采用電阻自

5、校準(zhǔn)技術(shù)，減小了線性區(qū)電阻隨工藝和溫度的變化。測試結(jié)果表明，三種直流失調(diào)消除方案均起到了很好的失調(diào)消除效果，使得輸出端剩余的失調(diào)量小于2mV。
　　3、對模擬基帶自動增益控制(AGC)環(huán)路的研究，提出了一種基于電荷泵的AGC結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)復(fù)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)電路，不僅實現(xiàn)了自動增益控制的功能，同時也實現(xiàn)了模數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，降低了系統(tǒng)的功耗。與傳統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)最大的不同在于它既不需要峰值檢測電路，也不需要環(huán)路濾波器，這使得設(shè)計簡化的同時

6、，也使電路性能受工藝及溫度變化的影響減小了。測試結(jié)果表明，AGC可處理的輸入動態(tài)范圍大于50dB，且具有溫度不敏感性，整個AGC環(huán)路和ADC電路的電流消耗僅有3.2mA。
　　4、對低功耗系統(tǒng)中接收信號強(qiáng)度指示(RSSI)電路的研究，提出了一種基于RSSI的數(shù)字AGC環(huán)路。在AGC環(huán)路中，RSSI使用分段線性對數(shù)放大器檢測接收信號的能量，根據(jù)檢測的強(qiáng)度來控制鏈路中射頻低噪聲放大器(LNA)的增益，實現(xiàn)了功率強(qiáng)度控制，得到了穩(wěn)定的輸

7、出信號強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。此外，在環(huán)路的設(shè)計中引入溫度、工藝補償電路來抑制RSSI的輸出電壓隨溫度和工藝的變化;將比較器的滯洄寬度做為可調(diào)節(jié)的，以滿足系統(tǒng)工藝角的要求。流片的測試結(jié)果表明，限幅器的單端輸出幅度為460mV，不隨溫度的變化而改變;RSSI的輸出線性電壓為0.2V～1V，可檢測的輸入線性范圍大于60dB;數(shù)字AGC環(huán)路根據(jù)RSSI的檢測結(jié)果實現(xiàn)了自動增益調(diào)節(jié)。
　　5、對發(fā)射機(jī)中載波泄漏問題的研究，提出了基于數(shù)

8、字基帶的載波泄漏矯正方案。與傳統(tǒng)方案相比，無需引入功率檢測器和AD、DA模塊，降低了設(shè)計的復(fù)雜度，節(jié)省了芯片的面積和功耗。仿真結(jié)果表明，基于數(shù)字基帶矯正系統(tǒng)的矯正誤差為1.4％;測試結(jié)果表明，此矯正方案中的矯正鏈路是可用的。
　　6、對收發(fā)機(jī)中IQ幅度和相位失配問題的研究，提出了基于數(shù)字基帶的IQ失配矯正方案。此方案與發(fā)射機(jī)中基于數(shù)字基帶的載波泄漏矯正方案共用同一條矯正通路。仿真結(jié)果表明，I/Q幅度的矯正誤差為4.5％，I/Q相位