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2.45GHz RFID摹拟射频领受机前端设计与完成

日期:2020年07月21日 编辑:ad201107111759308692 作者:龙8 论文网 点击次数:588
论文价钱:150元 论文编号:lw202007131654055243 论笔墨数:45588 所属栏目:电力通讯论文
论文地域:中国 论文语种:中文 论文用处:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇电力通讯论文,本文基于自立研发的国标有源 2.45GHz RFID 收发芯片为根本,针对 RFID 摹拟射频领受机前端电路停止设计和仿真。本文首要任务以下:先容了射频领受前端体系布局及其首要电气参数,而后按照工艺、本钱、名目设计方针等综合斟酌,挑选了零中频领受机布局停止全体设计,并经由过程链路估算,取得单位模块的方针。 先容了低噪声缩小器的任务道理和首要方针,提出了一种任务在 2.45GHz 的低噪声缩小器。电路的焦点局部接纳带源极电感负反应的共源共栅布局,完成了超低噪声;经由过程内部节制码完成了输入阻抗、输入负载、增益可控。后仿真显现,电路的转换增益最高到达 23.9dB,噪声系数为 5dB,输入回波耗损 S11在2.45GHz 时为-27.3dB。电源电压为 1.8V 时,LNA 任务在缩小形式下,静态电流为1.98mA;任务在纵贯形式下,不耗损电流。


第一章  绪论


1.1  国际外射频辨认技术的概略

今朝,国际外支流射频辨认(RFID)通讯体例有两种:一种是接纳电磁耦合体例,任务在低频 30~300KHz、高频 3~30MHz 频段,这类通讯的首要特色是浏览间隔短、浏览天线体例不强,即便是高频体系的状况下通讯速率也较慢,首要合用于短间隔、低本钱的应用中;另外一种通讯体例是接纳电磁发射体例,任务在超高频 300~968MHz 和微波 2.45~5.8GHz 频段,它的首要特色是浏览间隔远,能顺应物体高速活动,具有杰出的机能[4]。差别频段 RFID 机能和应用比拟如表 1-1 所示:

表 1-1  各个频段的 RFID 机能比拟

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1.2  摹拟射频领受机前端在 RFID 技术上的应用与成长

摹拟射频领受机是组成集成 RFID 射频辨认芯片的关头电路,它的首要功效是对从天线来的旌旗灯号停止缩小并将缩小后的旌旗灯号下变频到较低的频次,完成低频传输。跟着 RFID 技术的迅猛成长,对无线射频领受机提出了更严酷的请求,即低功耗,廉价钱,高靠得住性,高集成度、抗强搅扰才能,而领受机射频前端是决议领受机机能的关头,是完成这一方针的根本[5]。  低噪声缩小器和混频器是射频领受机前段的焦点电路,因为 LNA 与 MIX 电路决议了领受机前真个电机能,其首要性使它们逐步成为人们学习的重点,近年来有关低噪声缩小器和混频器的最新学习功效不时被提出。

今朝共源共栅拓补布局 LNA 普遍接纳电流复用技术,该技术可进步增益,不只减小了电路的密勒效应,同时进步了 LNA 端口的断绝度。2012 年 Khurram 和Hasan 接纳电流复用技术,提出了一款在 3GHz~5GHz 范围内任务的低功耗 CMOS跨导增压共栅型的 LNA[6]。该 LNA 接纳共栅级作为第一级完成婚配,第二级作为跨导加强级与第一级同享偏置电流,完成了低功耗和高增益。电路接纳 130  nm IBM CMOS 工艺设计建造,测试成果标明,该 LNA 任务在电源电压为 1V 时,功耗仅为 3.4mW,功率增益大于 13dB,噪声系数介于 3.5~4.5dB。

今朝 MIX 凡是接纳改良传统吉尔伯特单位布局的体例,以取得较大增益,较好的线性度和端口断绝度。2016 年 Abdelghany 等人提出了提出一种 2.45GHz 低闪灼噪声的射频 CMOS 混频器[7]。该混频器接纳电荷注入技术和调谐电感的双均衡吉尔伯特单位布局,具有低闪灼噪声、高输入婚配、高线性度、低功耗和低噪声的特色。仿真成果标明,该混频器在 1.3V 电源电压下,功率为 2.8  mW,单边带噪声系数为 7.4 dB,转换增益 12.8dB,三阶交调点 IIP3 为 0 dBm  。

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第二章  领受机的根基道理

2.1  射频领受机的根基布局

无线领受机是信息源与通讯信道(氛围)之间停止信息互换的接口,今朝的市场坏境下,请求领受机具有价钱低、功耗低、面积小、集成度高档特色。超外差领受机布局降落了原有高频次射频旌旗灯号间接领受的难度,能够按照需要调理旌旗灯号幅度的巨细和频次的凹凸。在超外差领受机的根本上,按照中频旌旗灯号的凹凸别离衍生出了差别的超外差布局,首要有高中频、低中频和零中频三种布局。除传统的布局以外,数字中频领受机也取得大范围利用,并揭示了杰出的机能。

2.1.1  超外差式领受机

超外差式领受机是今朝应用最普遍的一种体系布局,它的根基道理是将天线领受到的高频旌旗灯号经缩小和下变频后转换为一个牢固的中频旌旗灯号,再停止下变频或间接解调,典范的超外差领受机布局如图 2-1 所示:

图 2-1  典范的超外差领受机布局图

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2.2  射频领受前端首要电气参数

射频电路与低频电路差别,其电气参数极大的影响电路机能。在射频领受机前端电路中,权衡电路机能好坏的方针首要有活络度、增益、噪声系数、线性度、端口断绝度、不变性等。

2.2.1  活络度

线性度是射频领受机前真个又一个首要方针,它描写了射频电路因为非线性而引入的是失真水平,其值决议了射频电路的最大输入旌旗灯号功率,凡是用 1dB 紧缩点 IP1dB、三阶交调点 IIP3来权衡线性度的好坏。

1dB 紧缩点(1dB  compression  point)描写了体系功率增益因为非线性失真而产生的变更,是权衡线性度的首要方针,紧缩点越高象征着输入功率越高。凡是把增益降落到比线性增益低 1dB 时的输入/输入功率值界说为 1dB 紧缩点,此时的输入功率称为输入 1dB 紧缩点 IP1dB,输入功率称为输入 1dB 紧缩点 OP1dB,它们能够用来权衡缩小器的最大输入功率[17]。典范情形下,当功率跨越 IP1dB时,增益将敏捷降落并到达一个最大的或完整饱和的输入功率,它凡是比 IP1dB大 3-4dB,以是在设计电路时凡是要保障此前提。1dB 紧缩点能够由图 2-6 表现: 

图 2-6 1dB 紧缩点表示图

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第三章  低噪声缩小器的设计 .................................... 20

3.1  低噪声缩小器的根基道理 ................................ 20

3.2  高频低噪声缩小器技术学习 .................................. 20

第四章  下变频混频器的设计 ................................... 34

4.1  混频器的全体布局设计 ....................................... 34

4.2  有源混频器的技术学习 ........................... 35

第五章  射频前端帮助电路设计 ............................ 44

5.1  射频缩小器 ................................... 44

5.2  本振缓冲缩小器 ............................ 47


第六章  幅员设计与封装测试

6.1  寄失效应

工艺厂商加工的芯片的每个元器件和导线城市有寄生电容和寄生电阻。寄生参数会影响电路的机能,严峻时会构成电路失效。固然能够按照现实计较与设计经历在电路中插手必然巨细的电容电阻来摹拟寄生参数,可是现实加工呈现的误差却不能完整消弭。是以,幅员设计应当尽能够弱化寄失效应。罕见的寄失效应首要有寄生电容效应、寄生电阻效应[35]。

6.1.1  寄生电容效应

在射频集成电路的幅员设计中,寄生电容效应存在于元器件之间和金属层上。为了减小寄生电容效应的影响,幅员设计时应注重以下几个方面:

①:金属条理越高,寄生电容越小,以是在设计中高频旌旗灯号线尽可能接纳高层金属以减小寄生电容; 

②:金属层之间附近或相连会构成电容,以是在设计中应当尽可能防止相邻的高频旌旗灯号线平行走线,并保障线与线、线与器件之间有充足间隔,如许不只能减小耦合电容,并且能减小旌旗灯号之间的串扰;

③:金属层的寄生电容远远小于有源区的寄生电容,是以在绘制差分电路的幅员时,应当尽可能接纳“十字穿插法”,优化漏极输入真个寄生电容。

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第七章  论断


7.1  本文的首要进献

本文基于自立研发的国标有源 2.45GHz RFID 收发芯片为根本,针对 RFID 摹拟射频领受机前端电路停止设计和仿真。

本文首要任务以下:

先容了射频领受前端体系布局及其首要电气参数,而后按照工艺、本钱、名目设计方针等综合斟酌,挑选了零中频领受机布局停止全体设计,并经由过程链路估算,取得单位模块的方针。

先容了低噪声缩小器的任务道理和首要方针,提出了一种任务在 2.45GHz 的低噪声缩小器。电路的焦点局部接纳带源极电感负反应的共源共栅布局,完成了超低噪声;经由过程内部节制码完成了输入阻抗、输入负载、增益可控。后仿真显现,电路的转换增益最高到达 23.9dB,噪声系数为 5dB,输入回波耗损 S11在2.45GHz 时为-27.3dB。电源电压为 1.8V 时,
LNA 任务在缩小形式下,静态电流为1.98mA;任务在纵贯形式下,不耗损电流。

先容了下变频器的任务道理和首要方针,在吉尔伯特单位根本上设计了一种输入旌旗灯号为 2.45GHz,输入中频为 2MHz 的下变频器。电路的焦点局部复用两个吉尔伯特单位,接纳

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