數(shù)字脈沖式超寬帶接收機(jī)的研究和關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì).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(shì)，非常適合在無(wú)線安全通信、短距離高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、精確測(cè)距與定位等領(lǐng)域里應(yīng)用。本論文針對(duì)IR-UWB系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用需求，對(duì)數(shù)字架構(gòu)接收機(jī)及其中關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。
　　在數(shù)字架構(gòu)接收機(jī)的系統(tǒng)研究方面，針對(duì)接收機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和關(guān)鍵模塊，提出采用欠采樣技術(shù)解決接收機(jī)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模塊功耗和設(shè)計(jì)復(fù)雜度過(guò)高的問(wèn)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(dòng)小于1％個(gè)采樣周期的頻綜電路是實(shí)現(xiàn)欠采樣接收機(jī)的保證。
　　在接收機(jī)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)方面，針對(duì)IR-UWB系統(tǒng)低功耗、低成本的要求，參照接收機(jī)的具體參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了時(shí)間交錯(cuò)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(jì)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(hào)下，功耗為22.8mW，

3、面積為0.25 mm2。而PLL設(shè)計(jì)中采用的帶內(nèi)噪聲和電荷泵動(dòng)態(tài)匹配等優(yōu)化措施，使其在4224 MHZ輸出鎖定時(shí)，RMS抖動(dòng)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(duì)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(jìn)方案，在滿足接收機(jī)性能要求的同時(shí)，大大降低了功耗、成本和設(shè)計(jì)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(shí)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(diǎn)，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(wèn)題。在264MHz輸出鎖定時(shí)，PLL的RMS抖動(dòng)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(gè)芯片均沒(méi)有使用MIM電容和片上電感，并且測(cè)試時(shí)能在小于1V的電源電