论文部分内容阅读
短距离器件(Short Range Devices,SRD)在远程抄表,无线安防,设备管理以及监控等方面有着广泛的应用,涵盖了工业、健康、消费、安全、交通以及汽车电子等领域。本论文从应用于ISM频段SRD接收机的研究为出发点,着眼于低功耗和低成本的高集成度接收机的设计,以满足SRD的市场定位。接收机的工作频率、调制方式、系统架构、工艺以及电路模块的设计等方面均在满足性能的前提下进行了功耗和成本的优化,并提出了用于接收机的自校准电路。在总结目前广泛采用的几种接收机系统架构的基础上,本文根据典型的SRD协议ETSI EN300 220(欧洲)和ARIB STD T-67(日本),提出了最适合SRD应用的低中频方案,并详细的分析和制定了工作在315/433MHz接收机的系统性能指标。针对影响接收机信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)最主要的三种非理想因素,本文提出了相应的片上自校准技术,主要包括了:I/Q失配自动校准电路,自动增益控制(AGC)以及用于片上时钟的自动频率校准技术(AFC)。片上自校准模块均采用数字电路实现,占用的芯片面积小,功耗低。介绍了接收机各部分电路的设计,主要包括了低噪声放大器、正交下混频器、复数滤波器、可变增益放大器以及校准电路。在低噪声放大器的设计中,输入级采用电容交叉耦合的共栅结构不仅实现315MHz以及433MHz两个频段的同时匹配,还对噪声性能和功耗进行了优化;提出了一种正交下混频器,具有较高的线性度;针对所采用的低中频接收机结构,采用了四阶Gm-C型Butterworth复数滤波器以抑制镜像信号;为了提高接收机的动态范围,采用了增益级和衰减级级联的增益可变放大器结构。整个接收机只有压控振荡器(VCO)不可避免的采用一个差分电感,具有很高的集成度。本论文还实现了应用于SRD的接收机,芯片由0.25-μm CMOS标准工艺制造。接收机的输入匹配在两个频段均小于-20dB,低噪放具有四档可变增益,以5dB/档变化。接收机射频前端在最低增益时的噪声系数约为8.4dB,最高增益时的IIP3约为-12dBm,基本满足系统要求。接收电路占芯片面积为1.3mm×0.7mm,由2.5V单电源供电,功耗为12.5mW。