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无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络所有者。无线传感器网络可以应用到军事、精准农业、健康护理、环境监测和预报、建筑物状态监控、智能家居、城市智能交通、复杂机械监控、空间探索、大型车间和仓库管理，以及机场、火车站的安全监测等领域，被认为是对21世纪产生巨大影响的技术之一。随着无线通信和微电子技术的高速发展，高集成度、低成本、低功耗的CMOS无线射频收发机芯片已经越来越多的应用于人们日常生活及工业生产的电子设备中，市场潜力巨大。其中，低功耗研究一直是无线传感器网络研究中的热点和难点。因此，本文对射频发射链路的低功耗关键技术进行了深入研究与分析，基于ZigBee和IEEE802.15.4标准，采用0.18μmRFCMOS工艺设计了应用于2.4-2.4835GHz无线传感器网络的射频关键模块和射频发射机芯片。 本文首先讨论了应用于无线传感器网络ZigBee和802.15.4标准的射频发射芯片系统级的设计，包括系统结构的设计和系统的链路预算。确定了发射机所需要的模块及其性能指标，为后续的设计提供依据。 本文对无线传感器网络射频发射系统中的关键模块进行了研究、设计与实现，包括工作在1.8V电源电压下的低通滤波器(LowPassFilter,LPF)、上混频器(Up-conversionMixer)、功率放大器芯片(PowerAmplifier,PA)，和工作在1V电源电压下的低通滤波器、上混频器、功率放大器芯片。 在低通滤波器部分，在1.8V电源电压下采用共模反馈运算放大器设计了一款低通滤波器芯片，测试结果表明低通滤波器的截止频率为1.6MHz，功率增益为-3.7dB，通带纹波为0.16dB，在4MHz处的阻带抑制为31dB，工作电流为2mA，功耗为3.6mW;在1V电源电压下设计了一款低通滤波器芯片，设计了一款低功耗的前馈式运算放大器应用在低通滤波器中，使低通滤波器在达到与上款芯片接近性能的前提下，大大降低了其功耗，测试结果表明截止频率为1.5MHz，功率增益为-4.7dB，通带纹波为0.4dB，在4MHz处的阻带抑制为34dB，工作电流为1mA，功耗为1mW。 在上混频器部分，在1.8V电源电压下设计了一款低电流上混频器芯片，采用运算放大器提高了上混频器的等效跨导，从而提高了混频器的增益，测试结果表明该上混频器的转换功率增益为-4.5dB，输入1dB压缩点为-11.5dBm，工作电流为1.77mA，功耗约为3.2mW;在1.8V电源电压下提出了一种超低电流上混频器，采用跨导正反馈技术提高了其等效跨导，采用负载增强技术提高了上混频器输出负载，从而提高了上混频器的增益，大大降低了上混频器的功耗，仿真结果表明上混频器的转换电压增益为10dB，输入1dB压缩点为-18dBm，工作电流为0.5mA，功耗为0.9mW;设计了一款1V低电压上混频器芯片，采用2层MOS管堆叠结构解决了低电压下电路工作状态问题，采用电流复用技术和交叉正反馈技术提高了上混频器的等效跨导，从而提高了上混频器的增益，测试结果表明该上混频器的转换功率增益为-3.43dB，输入1dB压缩点为-11dBm，工作电流为1mA，功耗为1mW; 在功率放大器部分，在1V电源电压下设计了一款AB类功率放大器，改善了其在低功率输出下的功率附加效率，从而降低了其功耗，测试结果表明功率放大器的1dB压缩点输出功率为6.24dBm，其功率附加效率为26.73％，工作电流为15.3mA，功耗为15.3mW。 本文使用已测试验证的系统模块集成了一个单独的发射机，研究了发射机模块之间的接口，给出了连接的方法和辅助电路，分析比较了前后仿真结果，芯片测试结果显示发射机1dB压缩点处输出功率为0.5dBm，工作电流为14.2mA，功耗为25.56mW。测试结果表明，此款发射机芯片可用于ZigBee和802.15.4标准的无线传感器网络中。 本文使用已测试验证的发射机集成了一个收发芯片，分析设计了收发芯片所必需的模块，其中包括带隙基准、稳压电源、ESD保护电路，还考虑了收发芯片的休眠，然后研究分析了收发芯片主要电路模块的布局、电源与地的布局、焊盘引脚的布局，并且对这款收发芯片进行了流片测试，测试结果显示收发芯片中发射机功率1dB压缩点处输出功率为0.5dBm，工作电流为14.3mA，功耗为25.74mW。此款收发芯片的发射机可用于ZigBee和802.15.4标准的无线传感器网络中。 本文对应用于无线传感器网络ZigBee和802.15.4标准的射频发射芯片低功耗关键技术进行了深入地研究，包括系统结构、系统指标预算、具体电路模块设计与测试、系统集成与测试等方面。在该过程中，围绕着低功耗，对电路设计提出了多种新技术。运用这些技术在TSMC0.18μmRFCMOS工艺下设计了发射机的主要模块芯片、发射机芯片以及收发芯片。虽然设计的芯片是应用于无线传感器网络ZigBee和802.15.4标准的射频发射芯片，但文中对射频发射低功耗关键技术的研究与分析同样适用于其它无线系统和相关电路的设计，对射频发射部分的研究具有一定的参考意义。