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应用于OFDM UWB系统的高速分频器研究与设计

尹江伟  
【摘要】: 在短距离高速无线通信领域,超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术以其高达百Mbps的传输速率吸引了工业界及学术界的广泛关注和积极研究。作为当前超宽带技术的主流标准,基于多边带频分复用(MultiBand Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,MB-OFDM)的技术方案将整个超宽带3.1-10.6GHz的频谱划分为14个间隔为528MHz的子边带,并通过频率综合器来产生各边带间切换所需的载波信号。 在基于锁相环的频率综合器中,分频器是其中一个非常关键的模块。尤其是工作在最高频率的第一级分频器,其所消耗的功耗也占整个综合器功耗的较大比例。而且,随着分频器工作频率的上升,其所消耗的功耗也急剧增加。设计一个高速低功耗的分频器依旧是射频集成电路领域的一件有挑战性的工作。本文主要研究的内容为应用于超宽带频率综合器系统的高速分频器。 本文首先全面的总结和比较了当前各种分频器结构的分频原理,性能优缺点及各自的电路实现。这些结构包括双模,多模,分数分频等数字分频器及再生型,注入锁定型和源级耦合型的模拟分频器。 其次,对于应用于UWB“模式一”系统的频率综合器,根据各种分频器的结构特点,本文采用Jazz 0.18-um RF CMOS工艺设计了一个分频比为176的分频器链路。该链路包括了四级的源级耦合二分频器,一级TSPC数字二分频器和一级11分频的异步分频器,整个链路实现了从4.224GHz的射频信号到24MHz数字信号的分频。在1.8V电源电压下,整个分频器链路的功耗为9.5mA。测试结果表明,该链路能稳定的为频率综合器实现分频功能,这为频率综合器的锁定奠定了重要基础。 最后,对于UWB的高频段应用,本文采用Jazz 0.18-um RF CMOS工艺设计了一个注入锁定型的二分频器。通过对注入方式的创新改进及对传统调谐方法的应用,该注入锁定分频器实现了锁定范围这一重要性能指标的突破,在较低的功耗下实现了较大的频率锁定范围(6.23-11.08GHz)。在1.8V的电源电压下,该分频器核心电路功耗为3.7mA。较大的锁定频率范围以及较低的电源功耗特性为该注入锁定分频器在超宽带系统高频段部分中的应用带来了广阔的前景。


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