脉冲超宽带通信系统基带单元设计与芯片实现

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随着无线通信技术的进一步发展,人们对于无线连接的需求也在朝着更大容量、更快速度、更加安全的方向不断增长,使得在已经过度拥挤的有限频谱上寻找一种新型通信技术成为当务之急。超宽带(Ultra-WideBand,UWB)通信技术以其一系列独特的优势,逐渐成为短距离无线通信领域极具吸引力的实现方式,在无线频谱资源几近枯竭的情况下,提供了一种极有前途的解决方案。   作为UWB通信系统中的核心设计,开发出一款数模混合芯片—UWB_SOC芯片作为UWB通信系统的全芯片解决方案,是实现UWB技术走向全面应用的关键步骤。基带单元作为UWB_SOC芯片中的重要组成部分,承载了射频收发机与USB芯片通信的桥梁作用,负责对发送数据进行加扰、组帧、并串转换等操作,对接收数据进行采样、解扰、去帧头、同步等操作,以及负责控制整个UWB_SOC芯片的双工通信切换,对于整个UWB通信系统数据传输的正确性、安全性、效率高低以及芯片面积、功耗等指标都有很重要的影响。   本文主要工作就是给出了脉冲超宽带(IR-UWB)通信系统中基带单元从前端设计到后端芯片实现的整个设计方案,主要内容包括以下几个方面。   (1)分析了基带单元在整个IR-UWB通信系统中的位置和自身内部的功能划分,再逐一设计基带单元的基带信号处理模块(BSP)、时分双工模块(TDD)、接口时序控制模块(ISC)三大模块,给出了具体设计思想和RTL级描述的状态转移图。   (2)为了实现基带单元内数据在不同时钟域之间的有效传递,本文设计了一款采用移位码编码的异步FIFO。采用这种编码方式,同时解决了亚稳态和产生空满标志位的问题,电路结构更加简单,缩短了电路中的关键路径,使得电路时序更加优化,工作频率得到明显提升,电路面积和功耗也有一定程度的降低。   (3)最后在分析逻辑综合和芯片物理设计的理论基础上,完成基带单元的芯片实现工作,利用SMIC0.18umCMOS工艺完成流片。最终的UWBSOC芯片尺寸为3.84mm×3.07mm=11.79mm2,基带单元为3.15mm2,整个芯片的功耗约为108mW。芯片的初步测试结果表明本文设计的基带单元芯片实现了预期的功能和性能指标。
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