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超宽带(UWB:Ultra-wide Band)技术是一种使用1GHz以上带宽的无线通信技术。近年来,超宽带技术凭借其超宽的信号带宽、较低的发射功率以及高数据速率等特点,逐渐成为最具吸引力的短距离无线通信实现方式,其主要的技术方案有DS-UWB和MB-OFDM-UWB两种。本文分别基于CMOS工艺和IPD(Integrated Passive Device)工艺设计了应用于UWB系统的以下几个有源器件和无源器件:
1、在CMOS工艺下分别设计了用于模拟和射频模块的低压差线性稳压器(LDO:Low Drop-out Linear Regulator)。传统的LDO需要在输出端外接大电容来为系统补偿一个左半平面零点以保证系统的稳定性,但从系统集成的角度看,采用无电容的LDO更有利于减小面积,降低成本,因此本文在对无电容LDO零极点分析的基础上,加入了阻尼系数控制(DFC:Damping Factor Control)模块进行零极点补偿,设计了一个稳定的无电容LDO系统。另外在研究了LDO的噪声机制以及电源抑制比PSRR后,结合了基于阈值电压VT/R的低噪声基准电压源技术与PSRR-boost结构,设计了满足射频模块压控振荡器(VCO:voltagecontrolled oscillator)需求的高PSRR低噪声LDO。
2、在CMOS工艺下设计了一个低压低相噪的压控振荡器。作为现在普遍应用的频率综合器实现技术——锁相环中直接与输出相连的射频模块,VCO的相位噪声、功耗、频率范围等指标直接影响到整个频率综合器的性能,进而会影响到整个通信系统的锁定时间等重要性能,而且现在CMOS工艺特征尺寸降低,电源电压也不断下降,本文在研究了VCO的相位噪声理论以及低电压下的设计准则后,设计了7.6GHz低电压(0.8~1V)下工作的低相位噪声VCO,其在功耗为4.43mW的情况下相位噪声达到了-113.1dBc@1MHz。
3、在IPD工艺下设计了应用于MB-OFDM-UWB系统的带通滤波器(BPF:Band-pass Filter)。本文设计的BPF其中心频率为7.656GHz,带宽528MHz,其整个带内插入损耗S21小于0.3dB,回波损耗S11大于20dB。并且在6.956GHz、8.356GHz、2.4GHz以及3.5GHz等特殊频率处满足了特定的衰减要求,其核心电路面积只有1.53mm*1.09mm。