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CMOS射频接收芯片的片上低噪声电源管理系统研究与设计

毛毳  
【摘要】: 近年来,伴随着射频集成电路技术的发展和成熟,射频通讯产品的成本大大降低,功能不断完善,发展速度和普及率迅速增加。然而,随着通讯技术的发展,应用领域的拓宽和市场竞争的日益激烈,作为射频通讯产品的核心之一的射频通讯芯片面临巨大挑战,更高程度的系统集成已成为获得更低的成本和更高的性能的必需手段。因此,集成所需的电源管理功能已成为射频集成电路发展的一个重要方向。 本文基于射频CMOS工艺,研究和设计了集成于射频接收芯片内的低噪声电源管理系统。主要完成的工作如下: 首先,结合射频接收芯片的特点和实际运用中的需求,提出了片内低噪声电源管理的目标,包括提供可编程数字化管理、提供片内电源、抑制电源噪声和毛刺以及提供低噪声参考电压源。并根据所提出的目标,给出了相应的设计策略,并给出了低噪声电源管理系统的体系构架。 其次,详细分析了电源噪声对射频接收芯片内各个模块的具体影响以及各个模块对电源噪声的贡献。在此基础上,提出了以抑制片内电源噪声为目的的电源域划分方案,将芯片内众多模块按其电源噪声特性归类,分别放置在相互隔离的电源域内,以减小相互之间通过电源线的噪声干扰。 结合带隙基准源和V_(TH)偏置电压源的优点,研究并设计了一种基于数字校正方法的低噪声参考电压源,在获得极低输出噪声的同时,又保证了参考电压的精度。同时提出了数字化模式的参考电压源分配网络,取代了传统的电流模式的参考电压分配网络,进一步降低了参考电压源的噪声。 在给出噪声分析和电源抑制比分析的基础上,提出了一种低噪声的片内线性稳压器以及一种反向高隔离的片内线性稳压器。另外,根据数字电路的特点,设计了一种用于数字电路的线性稳压器。利用这三种不同的线性稳压器,为射频接收芯片的各个模块分别提供了片内电源。 最后,提出了基于I~2C串行总线接口和片内寄存器的数字化电源管理方案,实现了片内电源管理的可编程设计。 结合以上研究和设计,本文采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺,为数字卫星电视(DVB-S)射频接收芯片设计并物理实现了全集成的低噪声电源管理系统。测试结果表明,本文提出的电源管理系统具有噪声低、可靠性高、集成度高并具有可编程数字化管理功能的特点。


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