【摘 要】
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本文设计了一种可应用于物联网和生物医疗领域的433MHz ISM频段的低电压谐波抑制边沿合成发射机芯片。该芯片创新地提出了利用电荷泵型自举升压电路进行电压变换,使得两级注入锁定环形振荡器、数据调制器和移相器可以在0.6V的电源电压下工作,从而节省了系统的功耗;论文同时提出了一种电阻分压式谐波抑制边沿合成方案,解决了传统发射机依赖于片内外匹配网络实现滤波的缺点,提高了系统集成度,节约了芯片面积。首先
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本文设计了一种可应用于物联网和生物医疗领域的433MHz ISM频段的低电压谐波抑制边沿合成发射机芯片。该芯片创新地提出了利用电荷泵型自举升压电路进行电压变换,使得两级注入锁定环形振荡器、数据调制器和移相器可以在0.6V的电源电压下工作,从而节省了系统的功耗;论文同时提出了一种电阻分压式谐波抑制边沿合成方案,解决了传统发射机依赖于片内外匹配网络实现滤波的缺点,提高了系统集成度,节约了芯片面积。首先,本文对应用于物联网和生物医疗领域的发射机做了背景调研,并且对国内外的研究现状做出了归纳总结,进而确定了本文设计的发射机整体架构方案,并给出了具体的设计指标。接着,本文对发射机需要用到的三种关键技术进行了理论分析,包括注入锁定技术、倍频技术和谐波抑制技术,为电路设计提供了理论基础。然后,详细介绍了两级注入锁定环形振荡器、数据调制器、移相器、SPI接口电路、电荷泵型自举升压电路和谐波抑制边沿合成器等关键电路的设计;并给出了边沿合成倍频器的测试结果。最后,本文介绍了低电压谐波抑制边沿合成发射机的版图设计,并分析了后仿真结果。本文基于55nm CMOS工艺对所设计的发射机芯片进行了电路图设计、版图设计和仿真验证。从仿真结果可以看出,本文设计的发射机芯片由外部注入48.1MHz参考信号,可以稳定输出433MHz高频信号,信号波形近似正弦波,三次谐波抑制度达到29.4d Bc,五次谐波抑制度达到38.3d Bc。整个系统采用0.6V和1.2V双电压供电,总功耗634μW,输出功率为-17.7d Bm。芯片面积为381μm×373μm。
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