论文部分内容阅读
蓝牙技术伴随着无线通讯技术的成长逐步地应用到物联网、智能穿戴设备、智能家居等移动终端中。低功耗蓝牙的实现对于实现各种高效的无线终端系统具有极其关键的意义。射频前端作为蓝牙系统中的关键模块,其功耗占据蓝牙系统的主要部分,故而降低射频前端的功耗对于整个低功耗蓝牙系统以及无线终端系统都具有极其重要的意义。论文设计了一款应用在蓝牙中的低功耗接收机前端电路。论文介绍了射频前端电路的国内外研究现状,结合蓝牙中的应用要求确定了设计指标。比较了射频前端方案各自的优缺点后,结合蓝牙收发机的应用场合,确定整体的低中频方案。本文在传统的IQ两路无源混频结构基础上增加了一级有源混频电路,提供一定的转换增益,降低后级电路噪声的影响。其中低噪声放大器在传统的共栅结构基础上设计了电容交叉耦合输入电路来改善噪声性能;输出端接开关控制的电容阵列,用于在蓝牙频段内进行调谐;并联电阻改变低噪放增益会引入较大的噪声,本文的改进是采用并联MOS管对增益进行控制,设计了四档增益,可以更好地满足系统对增益可变的要求。采用工作在饱和区的MOS管替代电阻构成有源混频器的负载,更适合在低压下工作,采用共模反馈电路来对负载MOS管进行偏置。为获得好的线性度以及降低直流功耗,IQ两路的第二级混频采用无源混频器结构,采用25%占空比的信号驱动来避免IQ串扰的问题,第二级的本振信号频率为第一级本振信号的四分之一,构成滑动中频结构,来降低本振信号产生电路的功耗。为获得高输出摆幅以及线性度,采用了基于电阻负反馈的运放的结构来设计后级跨阻放大器。基于TSMC55nmm CMOS工艺设计了相应的电路,并进行了后仿真。后仿真结果表明电源电压为1V,接收机的转换增益可在OdB、12dB、24dB和36dB四档可调。在最高转换增益模式下双边带噪声系数可以达到7.3dB,在最低增益模式下线性度IIP3可以达到-7dBm,整体射频前端电路消耗了2.2mA的电流。本文所设计的射频接收前端可以达到很低的功耗,适合应用在低功耗蓝牙系统中。