兩款射頻SoC的研究、設計與實現(xiàn).pdf

1、本論文主要針對射頻SoC(System-on-a-Chip)中的關鍵性問題進行了研究。射頻SoC的設計流程包括系統(tǒng)方案的設計、系統(tǒng)架構的選取、電路設計、版圖設計和測試等內(nèi)容。 首先，系統(tǒng)方案的設計是射頻SoC的關鍵技術。它一方面會影響到整個芯片的性能，另一方面會影響到芯片的成本。調(diào)制與解調(diào)方案的設計是系統(tǒng)方案設計的核心。本論文主要介紹了FSK<'1>信號調(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、號和八進制FSK信號。對于2RC CPM信號，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，不僅簡化了解調(diào)器的設計，而且增強了解調(diào)器的可靠性；對于8FSK信號，本文采用了基于DFT的解調(diào)技術，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，換得了解調(diào)器結(jié)構上的大大簡化。 其次，系統(tǒng)架構對射頻SoC有很大的影響，它在很大程度上決定了芯片實現(xiàn)的復雜度。本論文對目前常用的幾種射頻收發(fā)器結(jié)構進行了詳細的介紹，

3、通過頻譜圖詳細解釋了各種接收機的工作原理，并且對各種結(jié)構的優(yōu)劣做了詳細的分析，從中選出了本論文所設計的結(jié)構。針對傳統(tǒng)低中頻接收機中的不足，文中還提出了相應的解決方案，提出了采用有源復數(shù)濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無源復數(shù)濾波器的低中頻結(jié)構。此外，本論文還對數(shù)字中頻接收機做了大量的研究，雖然限于篇幅，本文并沒有對其展開敘述，但是論文給出了數(shù)字中頻接收機的一般設計方法。 第三，電路設計是射頻SoC的基礎，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、復數(shù)濾波器、限幅器和場強指示器的設計理論和設計方法，其中重點分析了本論文提出的有源復數(shù)濾波器的工作原理和綜合方法，并且詳細分析了限幅器與場強指示器中電路功耗、場強指示誤差與級聯(lián)的級數(shù)之間的關系，為以后的電路設計奠定了基礎。最后，本文通過兩款射頻收發(fā)器的設計，介紹了上述技術在芯片中的具體應用。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，解調(diào)時則采用了本論文提出的基于CORDIC算法的

5、差分解調(diào)技術。發(fā)射機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，接收機部分則采用了性能優(yōu)越的超外差結(jié)構，在信號處理時，通過帶通采樣對中頻信號進行量化，使得大部分解調(diào)工作都在數(shù)字域內(nèi)進行，從而大大增強了解調(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，解調(diào)器則采用了一種基于旋轉(zhuǎn)因子量化技術的離散傅立葉變換(DFT)結(jié)構。射頻發(fā)射機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，接收機則采用低中頻鏡頻抑制結(jié)構。為了

6、克服傳統(tǒng)的Hanley接收機中的不足，本設計采用有源RC復數(shù)濾波器進行鏡頻抑制；在濾波器的設計中，提出了一種新穎的自動調(diào)諧算法；在限幅器和場強指示器中，提出了一種局部負反饋的直流漂移補償方案，為有源RC濾波器和限幅器及場強指示器的全部集成做出了貢獻。 本文所設計的45/48MHz射頻收發(fā)器采用SMIC 0.35um混合信號工藝予以實現(xiàn)，整個芯片的面積為2mm×2mm，測試結(jié)果表明，該芯片的發(fā)射機性能良好，占用帶寬滿足設計規(guī)范，其