應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)射頻收發(fā)器的CMOS頻率綜合器研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著無線通信技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引起了廣泛的關(guān)注。符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的Zigbee無線收發(fā)機(jī)主要針對短距離、低速率和低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。鎖相環(huán)頻率綜合器是無線射頻收發(fā)芯片的核心模塊之一，為收發(fā)機(jī)提供低相位噪聲和可編程的本振信號，其性能影響了收發(fā)機(jī)中接收端靈敏度、帶外雜散輻射以及功耗等系統(tǒng)性能。本文以符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz頻段Zigbee收發(fā)芯片為應(yīng)用背景，著重于低功耗鎖

2、相環(huán)頻率綜合器的研究和設(shè)計(jì)。
　　 本文的主要工作包括:1）根據(jù)IEEE802.15.4物理層對2.4GHz頻段Zigbee射頻收發(fā)機(jī)的要求，推導(dǎo)了頻率綜合器的性能指標(biāo)，確立了兼顧相位噪聲性能的低功耗設(shè)計(jì)為鎖相環(huán)研究重點(diǎn)，選擇整數(shù)型鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)作為研究對象和實(shí)現(xiàn)方式，分析了鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。2）提出了一種低功耗的壓控振蕩器和二分頻器的電流復(fù)用結(jié)構(gòu)，在跨導(dǎo)增強(qiáng)型Colpitts振蕩器上疊加二分頻器，實(shí)現(xiàn)正交本振信號輸出，并通

3、過電容中和法補(bǔ)償振蕩器中開關(guān)管柵-漏寄生電容的密勒效應(yīng)，消除了二分頻器對壓控振蕩器起振和相位噪聲的影響。3）提出了一種低功耗的可編程分頻器，將相位切換預(yù)分頻器中的相位選擇器和二分頻器組成套疊結(jié)構(gòu)，降低了互連損耗和失配，省去了緩沖器以及二分頻器的功耗，實(shí)現(xiàn)了一種低功耗的相位切換預(yù)分頻器;將程序計(jì)數(shù)器和脈沖吞咽計(jì)數(shù)器中D觸發(fā)器進(jìn)行共用，使計(jì)數(shù)器中D觸發(fā)器的總數(shù)減少了一半，降低了可編程計(jì)數(shù)器的面積和功耗;提出了一種高速低功耗的TSPC2/3雙

4、模預(yù)分頻器，通過將D觸發(fā)器預(yù)充電狀態(tài)延遲一個(gè)時(shí)鐘周期實(shí)現(xiàn)三分頻操作，整個(gè)2/3分頻器僅有6級動(dòng)態(tài)反相器，并且2/3分頻器在二分頻時(shí)，可以關(guān)斷未用的D觸發(fā)器，降低2/3分頻器的延遲和功耗。4）提出了一種主從式電流導(dǎo)向型電荷泵，通過主、從電荷泵同時(shí)對主電荷泵的互補(bǔ)節(jié)點(diǎn)充放電，降低了單位增益緩沖器的帶寬要求，從而消除了由于單位增益緩沖器的有限帶寬造成的電荷共享效應(yīng)，降低了電荷泵電流失配。
　　 論文基于SMIC0.18μmCMOS工藝

5、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款應(yīng)用于2.4GHz頻段Zigbee射頻收發(fā)機(jī)的鎖相環(huán)頻率綜合器，鎖相環(huán)面積僅為0.55mm2，測試結(jié)果表明:1.8V電源電壓下，鎖相環(huán)功耗為12mW，鎖相環(huán)輸出頻率范圍為4.64-5.4GHz，相位噪聲低于-105dBc/Hz@1MHz，參考頻率為4MHz，參考雜散小于-46dBc。經(jīng)過正交二分頻器，鎖相環(huán)能夠提供頻率范圍為2.32-2.7GHz，頻率間隔為1MHz的正交本振信號，測試結(jié)果表明本頻率綜合器滿足Zigbee