CMOS射頻頻率合成器的研究及其在Zigbee中的應(yīng)用.pdf

1、無線通信系統(tǒng)己大量應(yīng)用于信息交流過程中。射頻頻率合成器是無線收發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。它包括了模擬、數(shù)字、射頻混合信號，其設(shè)計(jì)方法對數(shù)模射頻混合信號的設(shè)計(jì)有很好的借鑒意義。本文結(jié)合微波、無線電理論、通信理論，電磁場理論、高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)等相關(guān)的理論知識對無線收發(fā)系統(tǒng)射頻前端及其關(guān)鍵模塊頻率合成器進(jìn)行了深入的研究，并將研究結(jié)果應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)Zigbee。
　　 本文在完成對CMOS射頻集成電路和射頻頻率合成器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀調(diào)

2、研的基礎(chǔ)上，采用自頂向下的層級設(shè)計(jì)方法，結(jié)合Zigbee協(xié)議，利用推導(dǎo)的理論結(jié)果進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。探討研究了射頻頻率合成器系統(tǒng)和各單元模塊的設(shè)計(jì)原理及其性能優(yōu)化方法。
　　 在系統(tǒng)級，首先根據(jù)無線通信收發(fā)系統(tǒng)的相關(guān)理論設(shè)計(jì)了基于Zigbee協(xié)議的無線收發(fā)射頻前端的技術(shù)指標(biāo)，并采用幾何規(guī)劃優(yōu)化法對系統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化和分解；并對鎖相環(huán)頻率合成器系統(tǒng)的相位噪聲采用功率譜分析其頻譜特性，提出了電路設(shè)計(jì)的參考因素。
　　 在電路級，

3、重點(diǎn)研究了工作在高頻頻段的壓控振蕩器和分頻器。首先對于壓控振蕩器從不同角度進(jìn)行了研究：通過采用二端口網(wǎng)絡(luò)的分析得出了負(fù)阻振蕩器工作的機(jī)理和電路設(shè)計(jì)中關(guān)鍵器件應(yīng)當(dāng)遵循的設(shè)計(jì)規(guī)則；結(jié)合能量定律，詳細(xì)分析推導(dǎo)了CMOS電感電容壓控振蕩器電路的品質(zhì)因數(shù)(Q)與振蕩幅度的關(guān)系，通過調(diào)諧電路的品質(zhì)因數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)低功耗和低相位噪聲的原理，并設(shè)計(jì)了帶自動幅度控制電路的電感電容式壓控振蕩器；在CMOS0.18μm下采用自動幅度控制電路最差值在3.4GH

4、z時(shí)，1MHz頻偏處相位噪聲不高于-113.3dBc/Hz，功耗為2.4mW。另外，利用反饋原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)低功耗環(huán)形振蕩器，可以從1.82GHz變化到2.98GHz，呈現(xiàn)線性調(diào)諧，調(diào)諧范圍達(dá)到40％。通過仿真可得到整個(gè)振蕩器的電壓為1.8V，功耗僅為1mW。其次通過改進(jìn)電路的關(guān)鍵因素設(shè)計(jì)了高速低功耗雙模預(yù)分頻器，利用此雙模預(yù)分頻器設(shè)計(jì)了一個(gè)CMOS高速多?？删幊谭诸l器，分頻比從481到496連續(xù)可調(diào)，電路的總功耗為4.2mW，可滿足Z

5、igbee協(xié)議的高?？删幊谭诸l器。最后對系統(tǒng)電路的其他單元，根據(jù)Zigbee協(xié)議進(jìn)行了原理分析和電路設(shè)計(jì)。通過ADS和SpectreRF等EDA工具仿真，采用0.18μmCMOS工藝，在1.8V電源電壓，輸入信號的頻率為5MHz，設(shè)計(jì)了符合Zigbee協(xié)議的要求的射頻頻率合成器，其輸出信號的噪聲小于-l00dBc/Hz@lMHz。
　　 本文論述了從系統(tǒng)級、電路級及版圖級的一整套設(shè)計(jì)方法和流程，并進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)分析，為進(jìn)一步的研