【摘 要】
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随着科学与技术的快速发展,信息时代逐步演变为大数据时代。由于信息产生和传输速率的快速增长,可用无线频谱变得十分有限,所以可见光通信（VLC）技术成为缓解当前无线电频谱拥堵的关键方案,也是下一代无线通信的重要研究方向之一。VLC系统采用低成本的发光二极管（LED）作为光源,可同时实现照明和数据传输。然而LED光强较弱,信号在传输过程中易受信道噪声影响,导致通信质量下降。分集接收技术对不同路径的接收信
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随着科学与技术的快速发展,信息时代逐步演变为大数据时代。由于信息产生和传输速率的快速增长,可用无线频谱变得十分有限,所以可见光通信（VLC）技术成为缓解当前无线电频谱拥堵的关键方案,也是下一代无线通信的重要研究方向之一。VLC系统采用低成本的发光二极管（LED）作为光源,可同时实现照明和数据传输。然而LED光强较弱,信号在传输过程中易受信道噪声影响,导致通信质量下降。分集接收技术对不同路径的接收信号进行合并处理,可克服信号的码间干扰,因而提高了可见光通信系统的信噪比。基于TSMC0.18μm CMOS工艺平台,本文对分集接收可见光接收机展开研究,对跨阻放大器（TIA）、限幅放大器（LA）及可见光接收机模拟前端电路分别进行了优化设计,并流片制备。论文主要内容包括:1、为满足光接收机低输入阻抗的需求,设计了一款基于RGC结构的跨阻放大器芯片。电路采用共源结构作为反馈环路,降低输入阻抗,采用共漏结构提高电路负载能力。当TIA芯片输入端与商用光电探测器(CPD=5p F)级联时,测试的跨阻增益为62d BΩ,-3d B带宽为775MHz,功耗为12.6m W。2、为达到数字后端电路正确判决所需的信号电平,基于改进的Cherry Hooper结构,设计了一款限幅放大器芯片。引入反馈电阻降低级间等效电阻,扩展有效带宽,并通过增加负载电阻为支路提供偏置电流,有效提高了电路的输出摆幅。所设计芯片完成版图绘制、后仿真及流片制备。测试结果表明,LA的增益为40d B,-3d B带宽为790MHz,芯片功耗为27m W。3、基于所设计的跨阻放大器和限幅放大器,研制出一款基于分集接收技术的光接收机模拟前端电路芯片,其主要包括RGC跨阻放大器、改进的Cherry Hooper限幅放大器、直流偏移消除电路及输出缓冲级。输入端利用分集接收技术,对两路信号进行接收和等增益合并,然后经限幅放大器进行信号放大。基于TSMC0.18μm CMOS工艺,经版图绘制、后仿真及参数优化,最终完成模拟前端电路的芯片制备和测试。所设计光接收机整体的跨阻增益为98d BΩ,-3d B带宽为750MHz,芯片整体功耗为50.4m W。在误码率小于3.8×10-3的测试条件下,成功实现了600Mb/s的数据传输。对比实验表明,分集接收技术降低了可见光通信的误码率,提高了通信质量。
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