应用于短距离无线器件接收机的模拟基带与模数转换器的电路研究与设计

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短距离无线器件(Short Range Device, SRD)由于其低功耗、窄带特性及占用无需许可的ISM(Industry, Science and Medical, ISM)频段等优势,被广泛应用于住宅、办公楼和汽车的远程自动控制,无线传感网络,危险警报,医疗器件植入等领域。尽管它们的数据传输速率一般在数十kb/s到数百kb/s之间,但大大促进了人类日常生活的自动化与智能化,因此,在可见的未来仍然具有强劲的市场发展潜力。本论文设计的接收机符合EN300220协议。首先,论文从系统层面出发,考虑低功耗与协议要求,选取低中频架构,并利用正交混频器与复数滤波器,抑制镜像干扰。接收机采用模拟正交采样技术对复数中频信号进行采样,同时将其转换为基带信号,再由低通∑-△调制器实现模数转换,这种方法进一步降低系统功耗。其次,论文介绍了接收机中模拟基带电路与ADC的设计。模拟基带电路由具有中等增益范围的前置可变增益放大器VGA1,复数滤波器以及具有较大增益范围的可变增益放大器VGA2三部分电路组成。ADC包括两部分电路:由开关实现的模拟正交采样电路,以及用以实现高精度模数转换的单环2阶2比特,带动态元件匹配的∑-A调制器。接收机通过SMIC0.13μm RF CMOS工艺进行流片验证。测试结果表明,复数滤波器的镜像抑制比达到46dB, VGA2的增益范围为-23~37dB, IIP3为-30~20dBm, ADC在9.6kHz带宽内的ENoB为12bit,在1.2V电压下,电路的总功耗为3.6mW。接收机的后仿真结果表明,整个接收机的NF为7dB,IIP3为-21dBm,在1.2V电压下,电路的总功耗为9.6mW,接收机的测试工作正在进行中。此外,全集成的收发机芯片面积为3.1mm×2.4mm。
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