TH-UWB通信射頻收發(fā)信機集成電路研究與設計.pdf

1、超寬帶(UNB)技術研究始于20世紀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，其大的帶寬使相應的通信網絡具有很大的容量，同時具有低截獲/檢測概率和保密性強的特點。UWB占據(jù)的頻帶極寬，有很強的抗多徑衰落能力，還具有很強的穿透障礙物的能力以及易于基帶信號的數(shù)字化處理和設備成本較低等優(yōu)點，因此，特別適用于短距離無線通信。這些優(yōu)勢使超寬帶通信在軍用和商用通信應用領域具有特殊的應用前景。2002年2月，美國FCC(Federal

2、 CommunicationsCommission)發(fā)布了對UWB技術的第一個報告和規(guī)定(First Report and Order)，正式允許UWB設備的商用化，為超寬帶技術的應用鋪平了道路。目前UWB技術已成為學術界和工業(yè)界關注的熱點。在國內，UWB通信研究也得到了充分重視，與UWB技術相關的國家863項目、國家自然科學基金重點項目已取得重要進展。但總體上來說，在UWB通信研究方面，國內與國際先進水平還有相當大的差距，特別是在UW

3、B集成電路設計方面，現(xiàn)在基本上還是空白。本課題針對UWB通信技術中的跳時超寬帶(TH-UWB，Time-Hopping)通信系統(tǒng)，重點研究符合FCC帶寬和功率要求的TH-UWB射頻信號產生理論、模型和方法，以及UWB射頻接收機的理論、模型，構建可以集成化的射頻收發(fā)系統(tǒng)和電路模型，通過無生產線集成電路設計方法研制出具有自主知識產權的全集成的TH-UWB射頻發(fā)信機芯片和TH-UWB射頻接收機芯片?？偨Y并積累射頻集成電路設計的方法和經驗，為U

4、WB通信系統(tǒng)實現(xiàn)芯片化及市場化提供理論與實際意義上的借鑒與參考。
　　 本文所做的工作如下：
　　 1．研究UWB無線通信系統(tǒng)和了解RF-CMOS工藝的IC設計流程。
　　 2．研究TH-UWB通信射頻信號產生的理論和方法，提出一種將數(shù)字基帶TH-PPM信號頻譜搬移到滿足FCC規(guī)定的3．1～5．1GHz或5．83～10．6GHz頻段的實現(xiàn)方案，構建一個低功耗TH-UWB信號產生器電路模型，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信號產生器模型設計、仿真和優(yōu)化電路，完成版圖設計、流片并進行測試分析。
　　 4．針對TH-UWB信號產生器輸出的信號形式，研究超寬帶射頻接收機的理論和方法，提出一種具有高靈敏度的UWB射頻接收機電路模型，采用能量檢測技術來處理接收的TH-UWB信號，并實現(xiàn)放大、解調和脈沖整形等功能。
　　 5．研究低噪聲放大器的

6、設計理論和方法，提出一種適用于3～5GHz帶寬的低噪聲放大器電路結構，設計匹配電路，進行仿真和優(yōu)化，完成版圖設計、流片并進行測試驗證與分析。
　　 6．研究超寬帶、高增益且可自動增益(AGC)控制的主放大器的設計理論和技術方法，提出一種適用于3～5GHz帶寬的超寬帶高增益AGC放大器的電路結構，對電路進行設計、仿真和優(yōu)化，完成版圖設計、流片并進行測試驗證與分析。
　　 7．研究TH-UWB多載波射頻信號的能量檢測理論和技

7、術方法，提出一種高靈敏度的包絡檢波器電路結構，結合UWB低噪聲放大器、AGC高增益超寬帶主放大器，對解調電路和基帶信號放大、比較和整形等功能電路進行參數(shù)設計、仿真和優(yōu)化，完成版圖設計、流片并進行測試驗證與分析。
　　 8．構建TH-UWB通信射頻收發(fā)信機的仿真實驗系統(tǒng)，通過Cadence EDA平臺，在0．18μm RF-CMOS工藝下設計的版圖模塊連成一個超寬帶射頻通信系統(tǒng)，觀察和分析其系統(tǒng)工作效果。
　　 9．構建T

8、H-UWB通信射頻收發(fā)信機的測試實驗系統(tǒng)，采用UWB天線或射頻衰減器方式，檢測整個收發(fā)信機的通信效果，并進行分析。
　　 本論文的創(chuàng)新點和主要貢獻：
　　 1．提出了一種新型的TH-UWB多載波信號產生器電路結構，成功設計出了TH-UWB射頻發(fā)信機芯片。
　　 2．提出了一種TH-UWB射頻接收機系統(tǒng)和電路模型。
　　 3．成功設計了一個3～5GHz超寬帶低噪聲放大器芯片。
　　 4．提出一種實現(xiàn)