基于频率源的低功耗两点调制发射机高能效ADC技术研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又基于频率源的低功耗两点调制发射机及高能效ADC技术研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：王陈銮电路与系统林福江教授刁盛锡副研究员二。一四年五月一日UniversihofSciencandTechnol(g、ofCnversityofcienceand-echnoloQyh一。InaAdissertationfordoctor’SdegreeResearchofLow_·powerTwo·-PointModulationTransmitterandHigh_·Energy·-EfficiencyADCAuthor’S

2、Name：ChenluanWangSpeciality：CircuitsandSystemsSupervisor：Prof．FujiangLin，Rese．Assoc．ShengxiDiaoFinishedtime：May1轧，2014中国科学技术大学学位论文原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研究工作所取得的成果。除已特,％Dli以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：二哑签字日期：型!收6：f旦中国科学技术大学学位论文授

3、权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复EiJ,f-,p-汞l电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文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、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。叱么开口保密(——年)作者签名：兰盥露导师签名：签字同期：Ⅶf坛6、fQ始

4、三签字日期：2生f业，￡：∑9摘要随着无线通信技术的不断发展，各种无线通信没备已广‘泛渗入人们的

5、日常生活和工业控制的方方面面。市场对手持设备提出的要求也从简单的功能和性能的实现转变到用户体验的提升上来，其中最重要就是电池的使用寿命，所以低功耗、高性能、低成本成为一个产品的核心竞争力所在。频率源(压控振荡器)作为射频电路的关键模块，其固有的电压到频率的转换特性，可以方便我们实现频率的调制和电压域到时间域的转换。本文分别对采用频率源的这两种应用系统的低功耗、高能效实现的关键技术进行研究，通过理论分析并给出了实际的芯片验证。Zigbee协议具有低成本、高网络容量的优点，同时其数据率和最大通信距离可以分别达到250kbps和100米，使其很适合于无线

6、传感网络的应用需求。本文基于频率源实现闭环锁相环的两点频率调制，取代传统基于混频器上变频结构的频率调制，降低系统复杂度，也降低了电路功耗。西点调制的发射机通常需要额外校正电路来校正调制路径间的失配。本文提出了一种电容减敏的技术来降低可变电容的失配，还提出使用交叉偏置技术扩大可变电容管的线性工作范围。这样低功耗、低复杂度的系统实现，可在不采用校正电路的情况下，使两点调制的调制误差满足Zigbee系统要求。采用死区消除的鉴频鉴相器和高线性、低噪声的电荷泵来降低Sigma．Delta调制器的噪声折叠效应，并采用了电容补偿的技术来提高功率放大器的增益和稳定

7、性。所设计电路在0．18lamCMOS工艺实现并测试。伴随着CMOS工艺尺寸的缩小其电源电压也不断降低，传统高分辨率的电压域模数转换器其每一个量化台阶(电压分辨率)的电平也随之降低，带来的是噪声的影响变大，需要采用更复杂的结构来抑制噪声实现更高的分辨率。令人欣慰的是，工艺尺寸的缩小伴随着器件寄生的减小，导致器件的传输延迟时间缩小，也就是时间域的分辨率提高。我们利用频率源的电压．频率的转换特性将电压域信号转成时间域信号。频率源的电压．频率转换的非线性限制了模数转换器的SNDR性能，通常的做法是采用闭环反馈或者后台校正的方法，这增加电路的复杂度和功耗。

8、本文提出了采用异步Sigma-Delta调制将电压信号调制到方波的占空比信息中，输出方波在电压域看只有高、低两种电平，使得频率源的电压．频率曲线必然线性。本文还提出线性电压．电流转换与线性电流．频率转换结合的办法，增加设计自由度来克服非线性的影响。所设计低功耗、高能效模数转换器在65nmCMOS工艺实现，仿真和测试验证了设计思想。关键词：低功耗压控振荡器锁相环两点调制模数转换器摘要AbstractWiththecontinuousdevelopmentofwirelesscommunicationtechnology，wirelessdevices

9、havebeenwidelyusedinpeople’Sdailylifeandindustrycontr01．There