兩款射頻SoC的研究、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本論文主要針對(duì)射頻SoC(System-on-a-Chip)中的關(guān)鍵性問題進(jìn)行了研究。射頻SoC的設(shè)計(jì)流程包括系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)的選取、電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)和測試等內(nèi)容。 首先，系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)是射頻SoC的關(guān)鍵技術(shù)。它一方面會(huì)影響到整個(gè)芯片的性能，另一方面會(huì)影響到芯片的成本。調(diào)制與解調(diào)方案的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的核心。本論文主要介紹了FSK<'1>信號(hào)調(diào)制和解調(diào)中的兩種特例，即，基于升余弦成型的連續(xù)相位調(diào)制(2RC CPM)信

2、號(hào)和八進(jìn)制FSK信號(hào)。對(duì)于2RC CPM信號(hào)，本文提出了一種新穎的基于CORDIC<'2>算法的差分解調(diào)結(jié)構(gòu)，不僅簡化了解調(diào)器的設(shè)計(jì)，而且增強(qiáng)了解調(diào)器的可靠性；對(duì)于8FSK信號(hào)，本文采用了基于DFT的解調(diào)技術(shù)，并且介紹了一種旋轉(zhuǎn)因子量化的方法，以極小的性能損失為代價(jià)，換得了解調(diào)器結(jié)構(gòu)上的大大簡化。 其次，系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)射頻SoC有很大的影響，它在很大程度上決定了芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。本論文對(duì)目前常用的幾種射頻收發(fā)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，

3、通過頻譜圖詳細(xì)解釋了各種接收機(jī)的工作原理，并且對(duì)各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣做了詳細(xì)的分析，從中選出了本論文所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。針對(duì)傳統(tǒng)低中頻接收機(jī)中的不足，文中還提出了相應(yīng)的解決方案，提出了采用有源復(fù)數(shù)濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無源復(fù)數(shù)濾波器的低中頻結(jié)構(gòu)。此外，本論文還對(duì)數(shù)字中頻接收機(jī)做了大量的研究，雖然限于篇幅，本文并沒有對(duì)其展開敘述，但是論文給出了數(shù)字中頻接收機(jī)的一般設(shè)計(jì)方法。 第三，電路設(shè)計(jì)是射頻SoC的基礎(chǔ)，它直接決定了最終的芯片性能。本論文先后介

4、紹了低噪聲放大器、混頻器、復(fù)數(shù)濾波器、限幅器和場強(qiáng)指示器的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，其中重點(diǎn)分析了本論文提出的有源復(fù)數(shù)濾波器的工作原理和綜合方法，并且詳細(xì)分析了限幅器與場強(qiáng)指示器中電路功耗、場強(qiáng)指示誤差與級(jí)聯(lián)的級(jí)數(shù)之間的關(guān)系，為以后的電路設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。最后，本文通過兩款射頻收發(fā)器的設(shè)計(jì)，介紹了上述技術(shù)在芯片中的具體應(yīng)用。其中，45/48MHz的射頻收發(fā)器采用了基于2RC成型的連續(xù)相位調(diào)制技術(shù)，解調(diào)時(shí)則采用了本論文提出的基于CORDIC算法的

5、差分解調(diào)技術(shù)。發(fā)射機(jī)部分采用了基于小數(shù)分頻鎖相環(huán)的直接上變頻結(jié)構(gòu)，接收機(jī)部分則采用了性能優(yōu)越的超外差結(jié)構(gòu)，在信號(hào)處理時(shí)，通過帶通采樣對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行量化，使得大部分解調(diào)工作都在數(shù)字域內(nèi)進(jìn)行，從而大大增強(qiáng)了解調(diào)器的可靠性。 2.4GHz的射頻收發(fā)器采用的是8FSK調(diào)制技術(shù)，解調(diào)器則采用了一種基于旋轉(zhuǎn)因子量化技術(shù)的離散傅立葉變換(DFT)結(jié)構(gòu)。射頻發(fā)射機(jī)仍然采用了基于小數(shù)分頻鎖相環(huán)的直接上變頻結(jié)構(gòu)，接收機(jī)則采用低中頻鏡頻抑制結(jié)構(gòu)。為了

6、克服傳統(tǒng)的Hanley接收機(jī)中的不足，本設(shè)計(jì)采用有源RC復(fù)數(shù)濾波器進(jìn)行鏡頻抑制；在濾波器的設(shè)計(jì)中，提出了一種新穎的自動(dòng)調(diào)諧算法；在限幅器和場強(qiáng)指示器中，提出了一種局部負(fù)反饋的直流漂移補(bǔ)償方案，為有源RC濾波器和限幅器及場強(qiáng)指示器的全部集成做出了貢獻(xiàn)。 本文所設(shè)計(jì)的45/48MHz射頻收發(fā)器采用SMIC 0.35um混合信號(hào)工藝予以實(shí)現(xiàn)，整個(gè)芯片的面積為2mm×2mm，測試結(jié)果表明，該芯片的發(fā)射機(jī)性能良好，占用帶寬滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，其