應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的分頻器和自動頻率校準(zhǔn)單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著無線傳感技術(shù)的不斷成熟，無線傳感網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本和自組織的特點(diǎn)得到了越來越廣泛的關(guān)注與應(yīng)用，本課題便是來源于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的射頻收發(fā)芯片項(xiàng)目。作為收發(fā)芯片的“心臟”，頻率綜合器模塊為發(fā)射通道和接收通道提供穩(wěn)定、精確的本振頻率，它的性能直接影響著整個(gè)無線收發(fā)系統(tǒng)的正常工作。
　　 本文首先分析了鎖相環(huán)頻率綜合器的工作原理以及各模塊的線性化模型，并介紹了模擬分頻器、數(shù)字分頻器的幾種常用結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)

2、議和工作頻率明確了分頻器的性能指標(biāo)以及框架結(jié)構(gòu)。該鎖相環(huán)頻率綜合器中的分頻器主要包括高速二分頻器和可編程分頻器，其中可編程分頻器由雙模預(yù)分頻器和可編程計(jì)數(shù)器構(gòu)成，采用了數(shù)模混合的設(shè)計(jì)方法。高速二分頻器采用共柵動態(tài)負(fù)載結(jié)構(gòu)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)二分頻，雙模預(yù)分頻器則采用了偽差分結(jié)構(gòu)觸發(fā)器和真單相時(shí)鐘觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)32/33分頻，可編程計(jì)數(shù)器依照半定制流程進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)。本文均采用TSMC0.18μm CMOS工藝對高速二分頻器、可編程分頻器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、

3、版圖設(shè)計(jì)，前仿真和后仿真結(jié)果均滿足指標(biāo)要求，并成功流片。在片測試結(jié)果表明，在電源電壓1V下，高速二分頻器工作頻率范圍為3.50-7.00GHz，工作電流1.50mA，當(dāng)輸入頻率5.00GHz，輸出頻率為2.50GHz時(shí)，相位噪聲為-131.69dBc/Hz@3.5MHz，核心面積約為0.00315mm2。在電源電壓1V下，可編程分頻器工作頻率范圍為4.00-6.00GHz，當(dāng)頻率在4.90-5.00GHz范圍內(nèi)，可編程分頻器具有最小輸入

4、靈敏度-38dBm，核心面積約為0.012 mm2。
　　 為實(shí)現(xiàn)頻率綜合器的快速鎖定，自動頻率校準(zhǔn)單元采用開環(huán)式頻率校準(zhǔn)，運(yùn)用基于采樣頻率計(jì)數(shù)的方法對輸入?yún)⒖碱l率和可編程分頻器輸出頻率進(jìn)行比較，繼而間接判斷當(dāng)前壓控振蕩器的工作子頻帶是否覆蓋期望工作頻率，以此來調(diào)節(jié)壓控振蕩器的3位電容開關(guān)陣列控制字。本文采用TSMC0.18μm CMOS工藝、并遵循半定制流程設(shè)計(jì)了自動頻率校準(zhǔn)單元，前仿真和后仿真結(jié)果均滿足指標(biāo)要求。后仿真結(jié)果表