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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种由大量微型传感器节点构成的网络,可以应用于智能家居、环境检测、医疗护理和军事安全等领域。随着无线传感网技术的发展,射频收发芯片对频率综合器的稳定性和功耗提出了更高的要求,低电压自动频率校准模块(Automatic Frequency Calibration,AFC)和串行外围设备接口模块(SerialPeripheral Interface,SPI)作为频率综合器中的关键模块,对它们的研究具有重要意义。本文阐述了 PLL频率综合器的原理,并针对IEEE 802.15.4协议确定了 AFC模块和SPI模块的指标。AFC模块采用基于计数器的开环式结构,工作过程中关闭PS计数器,减少PS计数器引入的误差,同时采用快速AFC算法实现环路的快速锁定;SPI模块工作在从机模式下,通过单片机的控制可以对外部寄存器进行写读。AFC模块和SPI模块均采用半定制数字电路设计方式,本文给出了详细的电路设计过程,包括RTL代码编写和功能仿真结果、逻辑综合和综合后时序验证结果、版图设计和后仿真结果,并采用台积电0.18μm RF CMOS工艺进行流片。芯片测试结果表明,AFC环路实现锁定,且结果准确,在1.0V的电源电压下,AFC的锁定频率范围为4.8～5.0GHz,整个环路最长锁定时间为16.6μs,锁定后最大频率偏差为64MHz,工作电流为180.8μA;SPI模块在1.0V的低电压下,读写功能准确,一共可对16个外部寄存器进行读写操作,2个外部寄存器进行只读操作,每个寄存器都有16位,SPI模块的工作电流为300.5μA。本文设计的低电压AFC模块和SPI模块满足WSN射频收发芯片的要求,并已应用于WSN射频收发芯片中。