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应用于无线传感器网络的2.4GHz CMOS低功耗零中频接收机

作　者: 资喜
导　师: 周金芳；陈抗生
学　校: 浙江大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 无线传感器网络 CMOS 零中频接收机 直流偏移 闪烁噪声
分类号: TN858
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 67次
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内容摘要


本文着眼于当下国内外无线传感器网络的广泛应用、市场前景和研究热潮,采用TSMC 0.18um CMOS RF/Mixed Signal工艺,设计了一款具有自主知识产权的2.4GHz全集成低功耗零中频接收机前端电路芯片。本文采用自上而下的芯片设计方法。第一步,针对无线传感器网络节点低功耗、低成本的设计要求,选择零中频架构作为2.4GHz射频接收机的结构方案,并提出了解决直流偏移和闪烁噪声的办法；第二步,根据无线传感器网络2.4GHz物理层协议标准IEEE802.15.4中规定的指标参数,通过系统级计算和分析,得到2.4GHz零中频接收机前端系统的各项性能指标,包括：系统的噪声系数、系统的线性度、灵敏度、无杂散动态范围、系统增益、信道选择性能以及系统功耗；第三步,根据级联网络的性质,计算得出各模块电路的性能指标要求,并根据这些指标,采用合理的电路结构和优化的参数,设计出它们的电路原理图和版图,并得到良好的仿真结果；最后,进行2.4GHz零中频接收机前端系统的整体电路原理图和整体版图设计,并进行系统级仿真,再与同类型的设计成果进行对比。本文设计的2.4GHz零中频接收机前端芯片的增益变化范围为19.4dB-75.3dB,系统的噪声系数为20.1dB-24.4dB,偏离载波5MHz处的邻道抑制比为33dB,偏离载波10MHz处的相邻邻道抑制比为53dB, 1dB增益压缩点-19.7dBm,输入三阶交调截点为-10dBm,整体功耗低至1.8Vx8.2mA,总体版图面积小至1.6mmx1.0mm,各项指标均满足2.4GHz无线传感器网络的应用要求。采用交流耦合技术彻底消除了零中频接收机的直流偏移问题,并使闪烁噪声角低至57KHz,在消除直流偏移的同时成功地解决了闪烁噪声的问题。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
1 绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 无线传感器网络  9-11
  1.3 基于CMOS的射频收发机前端  11-12
  1.4 本文的研究内容及结构安排  12-15
2 无限传感器网络接收机前端方案选择与性能指标  15-34
  2.1 接收机前端结构方案比较  15-19
  2.2 2.4GHz无线传感器网络接收机前端结构方案  19-25
    2.2.1 零中频接收机中直流偏移消除技术  19-21
    2.2.2 IEEE 802.15.4物理层调制方式  21-23
    2.2.3 针对2.4GHz无线传感器网络应用的零中频接收机前端  23-25
  2.3 2.4GHz无线传感器网络零中频接收机的系统性能指标  25-32
  2.4 本章小节  32-34
3 2.4GHz零中频接收机前端各模块电路的设计与仿真  34-67
  3.1 2.4GHz零中频接收机前端各模块性能指标的分配  34-37
  3.2 2.4GHz零中频接收机射频前端部分电路设计  37-55
    3.2.1 低噪声放大器设计  37-44
    3.2.2 混频器(Mixer)设计  44-49
    3.2.3 射频前端部分的电路图设计与仿真  49-55
  3.3 2.4GHz零中频接收机模拟基带部分电路设计  55-66
    3.3.1 高通滤波器的设计  55-57
    3.3.2 可编程增益放大器的设计  57-61
    3.3.3 低通滤波器的设计  61-66
  3.4 本章小结  66-67
4 2.4GHz零中频接收机前端系统设计与仿真  67-83
  4.1 2.4GHz零中频接收机前端链路各模块版图设计  67-72
    4.1.1 射频前端部分的版图设计与仿真  67-69
    4.1.2 模拟基带部分的版图设计与仿真  69-72
  4.2 带隙基准电源设计  72-75
  4.3 2.4GHz零中频接收机前端芯片整体电路设计与仿真  75-82
    4.3.1 2.4GHz零中频接收机前端芯片整体电路设计  75-76
    4.3.2 2.4GHz零中频接收机前端芯片整体电路的原理图仿真  76-82
  4.4 本章小节  82-83
5 总结与展望  83-85
参考文献  85-89
作者简历及在学期间所取得的科研成果  89

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 接收设备、无线电收音机 > 各种频率收音机
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