【摘 要】
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人体通信的概念首先由美国麻省理工学院提出,该通讯方式把人体作为信号传输通道,实现信号在人体表面或内部传输。采用人体通信技术,可以实现人与人之间所持便携式电子设备之
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人体通信的概念首先由美国麻省理工学院提出,该通讯方式把人体作为信号传输通道,实现信号在人体表面或内部传输。采用人体通信技术,可以实现人与人之间所持便携式电子设备之间的数据交互。与常见无线通信技术相比,该技术具有连接方便、不易受外界噪声干扰、对外辐射小、低功耗及高保密性等优点。目前人体通信系统主要通过两种方式将信号耦合到人体信道:电流耦合和电容耦合。电流耦合将人体当作导体,需要从人体接导线引出信号而且带宽窄;电容耦合不需要导线,一个电极可以与人体保持一定的距离,另一个电极可以悬空而且带宽比较宽。本文针对人体信道通信中宽频带的特点,旨在设计一种应用于电容耦合方式人体介质通信的宽频带、大接收动态范围、高输入阻抗和高增益的接收前端芯片。该芯片包括单端转差分宽频带低噪声放大器(LNA)、滤波电路和宽频带自动增益控制放大器(AGC)等关键电路。在人体信道中,由于电容耦合方式输入阻抗高,输入信号处于中低频段。因此,本文提出一种由共源共栅和共源放大电路组成的单端转差分LNA,该LNA具有高输入阻抗、宽频带、噪声消除、高增益和无需大面积电感及电容器件的特性。信号的衰减程度随着传输距离、载波频率和人体关节部位变化而变化,接收信号动态范围较大,在不同输入信号的幅值下,自动调整放大电路的增益变得尤为重要。因此,本文提出一种新的AGC电路,该电路利用了dB线性(d B-linear)近似方法和有源负载零极点补偿技术,使AGC具有低复杂度、低功耗、宽dB-linear范围和宽频带的特点。本文采用180nm CMOS工艺对提出的人体介质通信接收前端芯片进行了前端电路设计、后端物理版图的设计与验证。芯片采用1.8V供电,后仿真结果显示:LNA的带宽为1MHz537MHz,输入等效噪声为2.301nV/(Hz)1/2,增益为22dB,消耗电流767mA;AGC的增益控制范围-2567dB,dB-Linear范围是62dB(误差±1dB),带宽1MHz125MHz,消耗电流为1.6mA。整个接收前端芯片能满足人体信道通信对信号增益和带宽要求。
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