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3-5GHz多频带频率综合器研究与设计

江金堂  
【摘要】:相对于当前常用的短距离无线通信,超宽带技术具有高传输速率、低功耗、低成本、高精度定位等优势,成为人们研究的重点,并可能成为下一代的短距离无线传输技术。多频带正交频分复用(MB-OFDM)超宽带收发机中的频率综合器提供混频的本振信号,其性能对收发机系统的可靠传输起到决定性作用。 本文针对多频带OFDM收发机中发射信号在不同频带之间需要不断的切换、且本振信号的频率跳变时间必须小于9.47ns等问题,设计了一款适用于多频带OFDM收发机的频率综合器。该频率综合器包括:压控振荡器(VCO)、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、分频器、混频器、通道选择器等模块。由于压控振荡器和电荷泵对频率综合器系统的性能至关重要,本文研究的重点是对这两个模块进行改进,提出了新型无尾电流源压控振荡器和新型双补偿电荷泵。 本文所提出的新型无尾电流源压控振荡器采用无电流基准源电感电容结构。由于没有尾电流噪声的影响,振荡器的相位噪声性能得到提高。同时通过两个相同的压控振荡器的相互反馈,能实现输出信号的准确正交。与传统压控振荡器相比,本新型结构压控振荡器不但具有较好的相位噪声性能,而且功耗较小、输出频率可调范围较大。本文所提出的新型双补偿电荷泵只需使用一个运算放大器就可以实现对充放电电流的双补偿,使充电电流与放电电流相等,且充(放)电电流不随输出电压的变化而变化。与传统双补偿电荷泵相比,本新型双补偿电荷泵在保持充放电电流的控制精确度的同时减少了运算放大器的使用,降低了芯片的复杂度。 本文采用GlobalFoundries180nm CMOS工艺完成了多频带OFDM频率综合器的电路设计、版图设计及仿真验证。仿真结果表明,无尾电流源压控振荡器总的功耗为10.43mW,在1MHz处的相位噪声低至-109.2dBc/Hz;新型双补偿电荷泵输出电压在0.35V到1.35V范围内,总的充电电流和总的放电电流最大的变化为2.25%;输出电压从0.25V到1.45V变化时,总充放电电流的差值仅为总电流的0.147%。所设计超宽带频率综合器能够准确的输出3432MHz、3960MHz和4488MHz三个载波,而且不同频率载波的切换时间小于8ns,输出载波对边带的抑制大于30dB。


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