超宽带低功耗射频接收机前端电路的研究与设计

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1、博士学位论文学校代号分类号10532TN4学密号B091000030级普通博士学位论文超宽带低功耗射频接收机前端电路的研究与设计学位申请人姓名培养单位导师姓名及职称学科专业孙晶茹信息科学与工程学院王春华教授计算机科学与技术CMOS射频集成电路设计2014年6月17日研究方向论文提交日期 学校代号：10532学密号：B091000030级：普通湖南大学博士学位论文超宽带低功耗射频接收机前端电路的研究与设计学位申请人姓名：导师姓名及职称：孙晶茹王春华教授培养单位：信息科学与工程学院计算机科学与技术2014年6月17日2014年9月24日骆嘉

2、伟教授专业名称：论文提交日期：论文答辩日期：答辩委员会主席： 超宽带低功耗射频接收机的研究与设计ResearchandDesignofUltra-WidebandLow-PowerRFReceiverFront-EndCircuitbySunJingruM.S.(NortheasternUniversity)2004AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinComputerScienceand

3、TechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWangChunhuaOctober,2014 博士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作

4、者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在2、不保密5。年解密后适用本授权书。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：导师签名：日期：日期：年月日年月日I 超宽带低功耗射频接收机前端电路的研究与设计摘要超宽带技术具有更快的传输速率、更高的频谱利用率、更低的成本，可广泛应用于无线局域网、无线个域网、无线传

5、感网、雷达和定位等领域，已经成为了短距离无线通信的一大亮点。超宽带技术的快速发展，对超宽带通信系统的接收机性能提出了更高的要求，目前各种移动终端设备层出不穷，功能越来越丰富完善，随之带来了功耗问题。在电池技术尚未取得重大突破的前提下，如何降低接收机的功耗，延长其使用时间，已经成为超宽带接收机面临的一个重要问题，对于推动超宽带无线通信技术的发展具有重要意义。本文围绕着如何降低超宽带射频接收机前端电路功耗，提高射频接收机前端电路各项性能指标等问题，对射频接收机前端电路中低噪声放大器、混频器、频率合成器和振荡器等关键模块进行了研究与讨论。(1)

6、本文提出了一种工作在3~5GHz频率范围内的低电压高增益差分电流模式超宽带低噪声放大器。采用带变压器的共栅输入方法获得低噪声宽带匹配，采用电流模式电路设计方法实现输出为电流信号，避免了电流-电压转换。电路采用0.18μmCMOS工艺实现，仿真结果表明所设计的低噪声放大器电路工作电压仅为0.8V，增益达到18.7~19.3dB，最大噪声仅为2.65dB，IIP3约为2.8dBm。(2)本文提出了一种超低功耗超宽带低噪声放大器。电路通过采用电流复用技术及衬底偏置技术两种超低功耗技术设计实现。仿真结果表明，低噪声放大器的转换增益达到11.4~1

7、2.2dB，双边带噪声低于4.3dB，输入输出反射系数都低于-10dB，并且LNA供电电压为0.8V，使功耗下降为1.9mW。(3)本文提出了一种可工作在3~10.6GHz频率范围的超宽带低电压低功耗混频器电路。所设计的混频器以传统的吉尔伯特双平衡混频器为基础，同时采用衬底偏置技术和低电压电流注入技术来降低混频器功耗。仿真结果表明，在0.8V的工作电压下，单边带噪声为7.1~11.4dB，转换增益为12.1~18.8dB，输入1dB压缩点约为-10dBm，输入三阶互调点约为-1.8dBm，功耗仅为1.9mW。(4)本文提出了一种工作于L波

8、段的无电感正交压控振荡器。该振荡器由单个电流差分跨导放大器（CDTA）构成，可工作于1.45GHz，通过改变偏置电压，频率可调谐范围为145MHz。由于不包含大电感元件，此电路占用的版图面积仅