TH-UWB通信射頻收發(fā)信機(jī)集成電路研究與設(shè)計(jì).pdf

1、超寬帶(UNB)技術(shù)研究始于20世紀(jì)60年代，是一種發(fā)射和接收含信息編碼的極窄電磁脈沖的技術(shù)，其大的帶寬使相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)具有很大的容量，同時(shí)具有低截獲/檢測(cè)概率和保密性強(qiáng)的特點(diǎn)。UWB占據(jù)的頻帶極寬，有很強(qiáng)的抗多徑衰落能力，還具有很強(qiáng)的穿透障礙物的能力以及易于基帶信號(hào)的數(shù)字化處理和設(shè)備成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此，特別適用于短距離無(wú)線通信。這些優(yōu)勢(shì)使超寬帶通信在軍用和商用通信應(yīng)用領(lǐng)域具有特殊的應(yīng)用前景。2002年2月，美國(guó)FCC(Federal

2、 CommunicationsCommission)發(fā)布了對(duì)UWB技術(shù)的第一個(gè)報(bào)告和規(guī)定(First Report and Order)，正式允許UWB設(shè)備的商用化，為超寬帶技術(shù)的應(yīng)用鋪平了道路。目前UWB技術(shù)已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，UWB通信研究也得到了充分重視，與UWB技術(shù)相關(guān)的國(guó)家863項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目已取得重要進(jìn)展。但總體上來(lái)說(shuō)，在UWB通信研究方面，國(guó)內(nèi)與國(guó)際先進(jìn)水平還有相當(dāng)大的差距，特別是在UW

3、B集成電路設(shè)計(jì)方面，現(xiàn)在基本上還是空白。本課題針對(duì)UWB通信技術(shù)中的跳時(shí)超寬帶(TH-UWB，Time-Hopping)通信系統(tǒng)，重點(diǎn)研究符合FCC帶寬和功率要求的TH-UWB射頻信號(hào)產(chǎn)生理論、模型和方法，以及UWB射頻接收機(jī)的理論、模型，構(gòu)建可以集成化的射頻收發(fā)系統(tǒng)和電路模型，通過(guò)無(wú)生產(chǎn)線集成電路設(shè)計(jì)方法研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全集成的TH-UWB射頻發(fā)信機(jī)芯片和TH-UWB射頻接收機(jī)芯片?？偨Y(jié)并積累射頻集成電路設(shè)計(jì)的方法和經(jīng)驗(yàn)，為U

4、WB通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)芯片化及市場(chǎng)化提供理論與實(shí)際意義上的借鑒與參考。
　　 本文所做的工作如下：
　　 1．研究UWB無(wú)線通信系統(tǒng)和了解RF-CMOS工藝的IC設(shè)計(jì)流程。
　　 2．研究TH-UWB通信射頻信號(hào)產(chǎn)生的理論和方法，提出一種將數(shù)字基帶TH-PPM信號(hào)頻譜搬移到滿足FCC規(guī)定的3．1～5．1GHz或5．83～10．6GHz頻段的實(shí)現(xiàn)方案，構(gòu)建一個(gè)低功耗TH-UWB信號(hào)產(chǎn)生器電路模型，輸出功率滿足不大于-41

5、．3dBm/MHz的要求，且具有良好的阻抗匹配特性以利于連接UWB天線。
　　 3．根據(jù)TH-UWB信號(hào)產(chǎn)生器模型設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化電路，完成版圖設(shè)計(jì)、流片并進(jìn)行測(cè)試分析。
　　 4．針對(duì)TH-UWB信號(hào)產(chǎn)生器輸出的信號(hào)形式，研究超寬帶射頻接收機(jī)的理論和方法，提出一種具有高靈敏度的UWB射頻接收機(jī)電路模型，采用能量檢測(cè)技術(shù)來(lái)處理接收的TH-UWB信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)放大、解調(diào)和脈沖整形等功能。
　　 5．研究低噪聲放大器的

6、設(shè)計(jì)理論和方法，提出一種適用于3～5GHz帶寬的低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)匹配電路，進(jìn)行仿真和優(yōu)化，完成版圖設(shè)計(jì)、流片并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證與分析。
　　 6．研究超寬帶、高增益且可自動(dòng)增益(AGC)控制的主放大器的設(shè)計(jì)理論和技術(shù)方法，提出一種適用于3～5GHz帶寬的超寬帶高增益AGC放大器的電路結(jié)構(gòu)，對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，完成版圖設(shè)計(jì)、流片并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證與分析。
　　 7．研究TH-UWB多載波射頻信號(hào)的能量檢測(cè)理論和技

7、術(shù)方法，提出一種高靈敏度的包絡(luò)檢波器電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合UWB低噪聲放大器、AGC高增益超寬帶主放大器，對(duì)解調(diào)電路和基帶信號(hào)放大、比較和整形等功能電路進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，完成版圖設(shè)計(jì)、流片并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證與分析。
　　 8．構(gòu)建TH-UWB通信射頻收發(fā)信機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)Cadence EDA平臺(tái)，在0．18μm RF-CMOS工藝下設(shè)計(jì)的版圖模塊連成一個(gè)超寬帶射頻通信系統(tǒng)，觀察和分析其系統(tǒng)工作效果。
　　 9．構(gòu)建T

8、H-UWB通信射頻收發(fā)信機(jī)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用UWB天線或射頻衰減器方式，檢測(cè)整個(gè)收發(fā)信機(jī)的通信效果，并進(jìn)行分析。
　　 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)和主要貢獻(xiàn)：
　　 1．提出了一種新型的TH-UWB多載波信號(hào)產(chǎn)生器電路結(jié)構(gòu)，成功設(shè)計(jì)出了TH-UWB射頻發(fā)信機(jī)芯片。
　　 2．提出了一種TH-UWB射頻接收機(jī)系統(tǒng)和電路模型。
　　 3．成功設(shè)計(jì)了一個(gè)3～5GHz超寬帶低噪聲放大器芯片。
　　 4．提出一種實(shí)現(xiàn)