無線傳感網(wǎng)中低電壓壓控振蕩器與頻率綜合器研究與設(shè)計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)具有分布式、自組織，無須有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的特點，同時能嵌入到環(huán)境中提供無時不在的信息交互。作為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和普適計算的典型應(yīng)用，無線傳感網(wǎng)吸引了越來越多研究者的關(guān)注。
　　 本文著重于無線傳感網(wǎng)中低電壓壓控振蕩器(VCO)和頻率綜合器(FS)的研究與設(shè)計。首先比較了常見的頻率綜合與鎖相環(huán)技術(shù)，選擇整數(shù)分頻電荷泵鎖相環(huán)(CP-PLL)頻率綜合器作為設(shè)計對象。根據(jù)CP-PLL頻率綜合器中各模塊的功能與數(shù)學(xué)

2、模型，將整個頻率綜合器看做一個線性連續(xù)模型。并介紹了相應(yīng)的穩(wěn)定性分析和噪聲分析的方法和結(jié)果。最后在充分理論準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和行為級仿真。
　　 在深入分析相位噪聲理論的基礎(chǔ)上，基于標(biāo)準(zhǔn)電壓1.8V的0.18μm CMOS工藝，對LC VCO結(jié)構(gòu)的1V低電壓電感電容壓控振蕩器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并精心選擇了LC諧振腔，負(fù)阻管和尾電流源的設(shè)計參數(shù)以減小這三個噪聲源對相位噪聲的影響。利用開關(guān)電容陣列減小可變電容的壓控增益，減

3、輕了幅度-相位(AM-PM)噪聲轉(zhuǎn)換。同時采用了二次諧振濾波網(wǎng)絡(luò)提高VCO的相位噪聲性能，振蕩幅度與FOM優(yōu)值。VCO測試結(jié)果表明，在1V供電時，核心電流2.4mA，振蕩頻率覆蓋4.56-5.32GHz，調(diào)諧范圍15.4％，在最高頻率5.32GHz處，相位噪聲為-113.4dBc/Hz@1MHz，-124.5dBc/Hz@3.5MHz，F(xiàn)OM為-185dBc。測試結(jié)果滿足IEEE802.15.4/ZigBee2.4GHz頻段WSN系統(tǒng)指

4、標(biāo)要求。
　　 在深入理解頻率綜合器中其它模塊的基礎(chǔ)上，對鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器和分頻器進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，并結(jié)合VCO，在標(biāo)準(zhǔn)電壓1.8V的0.18μm CMOS工藝下設(shè)計實現(xiàn)了1V低電壓頻率綜合器的電路和版圖，版圖面積1.42mm2，并利用SpectreVerilog混合仿真器進(jìn)行了仿真驗證。整個頻率綜合器在片測試結(jié)果表明:在1V供電時，核心電流為9.6mA，相位噪聲為-121.9dBc/Hz@1MHz，-134.5d

5、Bc/Hz@3.5MHz，參考雜散為-38.7dBc，頻率切換時間小于120μs，滿足IEEE802.15.4/ZigBee2.4GHz頻段WSN系統(tǒng)指標(biāo)要求。
　　 在此款頻率綜合器的基礎(chǔ)上，又對加入自動頻率校準(zhǔn)單元的整個頻率綜合器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計與流片實現(xiàn)，版圖面積為1.33mm2，改進(jìn)的頻率綜合器有待測試驗證。
　　 本論文所設(shè)計實現(xiàn)的低電壓壓控振蕩器和頻率綜合器對2.4GHz工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用(ISM)頻段的其它無線