數(shù)字脈沖式超寬帶接收機的研究和關(guān)鍵模塊的設(shè)計.pdf

1、脈沖式超寬帶(IR-UWB)系統(tǒng)利用窄脈沖傳輸信息，具有低功耗、低成本和高傳輸速率等優(yōu)勢，非常適合在無線安全通信、短距離高速無線數(shù)據(jù)傳輸、精確測距與定位等領(lǐng)域里應(yīng)用。本論文針對IR-UWB系統(tǒng)的特點和應(yīng)用需求，對數(shù)字架構(gòu)接收機及其中關(guān)鍵模塊的設(shè)計進行了深入研究。
　　在數(shù)字架構(gòu)接收機的系統(tǒng)研究方面，針對接收機的設(shè)計難點和關(guān)鍵模塊，提出采用欠采樣技術(shù)解決接收機中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模塊功耗和設(shè)計復(fù)雜度過高的問題。在分析了該技術(shù)在IR

2、-UWB系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性后，提出抖動小于1％個采樣周期的頻綜電路是實現(xiàn)欠采樣接收機的保證。
　　在接收機關(guān)鍵模塊的設(shè)計方面，針對IR-UWB系統(tǒng)低功耗、低成本的要求，參照接收機的具體參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計了時間交錯Flash結(jié)構(gòu)的4224 MS/s1 bit ADC和整數(shù)分頻電感電容結(jié)構(gòu)的4224 MHz鎖相環(huán)(PLL)。電路設(shè)計中采用的多種低功耗技術(shù)，使ADC在4 GHz采樣速率和4.2～4.8 GHz輸入信號下，功耗為22.8mW，

3、面積為0.25 mm2。而PLL設(shè)計中采用的帶內(nèi)噪聲和電荷泵動態(tài)匹配等優(yōu)化措施，使其在4224 MHZ輸出鎖定時，RMS抖動為0.57 ps，雜散為-63.14 dBc，功耗和面積分別為18 mW和0.81 mm2。
　　然后，針對傳統(tǒng)ADC和PLL結(jié)構(gòu)在功耗和成本上的不足，提出了一種架構(gòu)上的改進方案，在滿足接收機性能要求的同時，大大降低了功耗、成本和設(shè)計復(fù)雜度。在新架構(gòu)中，ADC采用了等效采樣和自校準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)了4224 MHz

4、采樣速率下小于10 mV的分辨率，2.4 mW的功耗和0.81 mm2的面積。PLL利用環(huán)形振蕩器多相輸出、功耗與面積小等優(yōu)點，采用移位平均、占空比調(diào)節(jié)等技術(shù)和VCO噪聲優(yōu)化、雜散抑制等措施，成功地解決了其相噪性能不高的問題。在264MHz輸出鎖定時，PLL的RMS抖動為1.53 ps，雜散為-66.81 dBc，而功耗和面積只有4.23 mW和0.14 mm2。以上兩個芯片均沒有使用MIM電容和片上電感，并且測試時能在小于1V的電源電