可见光通信接收机专用芯片设计

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1、可见光通信接收机专用芯片设计DesignoftheSpecificIntegratedCircuitforReceiverinVisibleLightCommunicationSystem学科专业：集成电路工程作者姓名：韩东群指导教师：毛陆虹教授企业导师：陈力颖天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文

2、中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要可见光通信（VLC）技术基于现有的LED设备，将无线光通信与日常照明相结合，为未来智能社会的发展提供了一个新的通信解决方案。相比传统的射频通信技术，可见光通信对

3、人体无电磁伤害，通信频段资源充足无需许可申请，且信息安全性更高，因此被认为是未来5G通信和WIFI技术的良好补充。目前基于可见光技术的研究正在如火如荼的展开，但大都采用分立元件和PCB搭建系统，可见光通信集成芯片的研究少有发表。本文设计了两款基于LED白光光源的可见光通信接收机集成电路芯片，一款为采用伪差分结构的宽带光接收机，另一款为采用分集接收技术的双信道光接收机，均采用UMC标准180nmCMOS工艺设计。其中伪差分结构的光接收机进行了流片制备。本文首先介绍了可见光通信技术的背景和其应用前景，对其发展现状进行了详细地研究。在进行光接收机的具体设计时，分析比较了传统共源跨阻放大器

4、（TIA）、电流模结构跨阻放大器、RGC结构跨阻放大器和反相器结构跨阻放大器，最终选用电流模和RGC结构分别作为两款接收机的输入级。为提高系统带宽，本文采用了基于电容简并技术的均衡电路，并在其基础上，使用负电容补偿技术进行了改进。两款电路分别使用传统差分电路级联限幅放大器和CherryHopper型限幅放大器，提高信号增益，供数字电路使用。最终伪差分光接收机芯片流片成功，整体芯片面积为560μm×462μm，并绘制PCB测试板进行接收机电路测试和EOE系统测试，测得其接收机电路跨阻增益达100dBΩ，-3dB带宽为600MHz，300Mb/s传输速率下眼图良好，仍可完成通信传输功能

5、。最终整体光发射接收系统也得以实现，为可见光通信技术的集成化探索做出了贡献。关键词：可见光通信，集成电路，光接收机，分集接收IABSTRACTVisibleLightCommunication(VLC)technology,basedonexistingLEDdevices,combineswirelessopticalcommunicationswithilluminationtoprovideanewcommunicationssolutionforthefuturesmartsociety.ComparedwiththetraditionalRFcommunicationte

6、chnology,visiblelightcommunicationhasnodamagetothehumanbodyandsufficientresourceswithoutlicensepermissionaswellashigherinformationsecurity.Itisconsideredasagoodcomplementto5GcommunicationandWIFItechnology.MostofresearchusediscretecomponentsandPCBbuildingsystemswhilethereportsofvisiblelightcomm

7、unicationintegratedchipsarerare.ThisthesisdesignstwokindsofLED-basedVLCreceiverintegratedcircuitsadoptingpseudo-differentialstructureandtwo-channelreceiverdiversitytechnology,respectively.BothreceiversemploytheUMCstandard180nmCMOSproces