單芯片無線電通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 接收機(jī)

　　以下是一個(gè)適用于802.11a/b/g無線局域網(wǎng)的單芯片無線電接收機(jī)，它有2個(gè)波段。圖1顯示雙頻接收機(jī)詳細(xì)框圖。

　　接收機(jī)有兩個(gè)差分級(jí)聯(lián)低噪聲放大器，對(duì)每一個(gè)波段，提供必要的前端增益和降低噪聲。不用的LNA始終關(guān)掉，以減少目前的整體消費(fèi)。2.4 GHz和5 GHz內(nèi)的射頻信號(hào)在下轉(zhuǎn)換為共同的中頻(如大約為1.7 GHz)之前被相應(yīng)的噪聲放大器和RF可變增益放大器(VGA)放大。這個(gè)中頻信號(hào)進(jìn)一步混合后下至正交基帶I，Q信號(hào)，稱LO2。信道濾波器選擇用于芯片基帶的gm-C濾波器。在基帶濾波器中的直流偏移量被兩對(duì)受同基帶lC控制的6位DAC的刪除。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量，該接收機(jī)具有達(dá)90 dB可編程增益，射頻和基帶信號(hào)大約各半。整體接收系統(tǒng)噪聲系數(shù)對(duì)應(yīng)于5 GHz應(yīng)用模式為5.5 dB，對(duì)應(yīng)于2.4 GHz應(yīng)用模式為4.5 dB。

　　在接收機(jī)印板中最重要的裝置之一是低噪音放大器(LNA)。LNA的質(zhì)量對(duì)接收器的參數(shù)有相當(dāng)大的影響。圖2給出了用于雙頻接收機(jī)中的5 GHz LNA。

　　圖2是改進(jìn)壓縮和共模抑制的5 GHz的LNA示意圖。放大器由一對(duì)為降低噪音系數(shù)而優(yōu)化的級(jí)聯(lián)差分電路組成。它是利用一種低噪聲數(shù)字。當(dāng)一個(gè)有用的大射頻信號(hào)輸入時(shí)，該LNA轉(zhuǎn)換到低增益模式，以避免信號(hào)壓縮。增益減少是通過晶體管M2，M5作為一對(duì)電流開關(guān)實(shí)現(xiàn)的，通過分流信號(hào)電流遠(yuǎn)離感性負(fù)載來實(shí)現(xiàn)降低輸出信號(hào)。增益變化的正確度取決于匹配晶體管的大小和對(duì)所有過程及溫度死角的有效控制。為了降低噪聲可用級(jí)聯(lián)裝置，在級(jí)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的寄生電容通過電感L3和L4濾出。電感L5通過濾去差分M7和M8尾部節(jié)點(diǎn)的寄生電容來提高低噪聲放大器(LNA)的共模抑制比。增加在尾節(jié)點(diǎn)的共模阻抗以提高共模抑制，從而允許LNA使用單端射頻輸入，無需添加平衡器。

　　2.2 發(fā)射機(jī)

　　圖3顯示了雙波段發(fā)射機(jī)的方框圖。正交基帶I，Q信號(hào)由同一數(shù)字芯片中的DACs產(chǎn)生，以電流輸入方式送發(fā)射機(jī)。輸入信號(hào)先被可重構(gòu)濾波器濾波，然后混合到1.7 GHz的中頻。由此，無論發(fā)射機(jī)運(yùn)行在2.4 GHz或5 GHz的模式，中頻信號(hào)都被LOF或LO2上轉(zhuǎn)換。發(fā)射機(jī)采用鏡像抑制混頻，以避免需要一個(gè)中頻濾波器。對(duì)于圖3中的混頻器正交分量LO2和LOF是直接由合成器提供，而正交分量LO1為了產(chǎn)生射頻混頻局部采用RC-CR濾波器。在經(jīng)過射頻可變增益級(jí)之后，每一路的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片上的功率放大器(PA)。

　　圖4是一個(gè)上變頻混頻器和功率放大器(PA)的電路圖，用于藍(lán)牙技術(shù)的單片無線調(diào)制解調(diào)器。這種調(diào)制解調(diào)器采用了直接轉(zhuǎn)換，所以在收發(fā)中不必使用中頻帶。

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　　重構(gòu)的基帶信號(hào)由電阻衰減Gilbert型混頻器完成，上變頻以及電阻負(fù)載如圖4所示。I-Q LO驅(qū)動(dòng)信號(hào)來自于2階的多相濾波器，它的輸入源于一個(gè)鎖定參考頻率為1 MHz的2.4 GHz VCO。功率放大器如圖4所示，由單級(jí)集電極開路、在同一塊芯片上匹配的差分對(duì)和為得到最大功率傳送的不平衡變壓器組成。通過數(shù)控尾電流源對(duì)差分與導(dǎo)納的控制來完成，分8步實(shí)現(xiàn)30 dB的功率控制。實(shí)驗(yàn)測試顯示，這種功率放大器能夠在50 Ω負(fù)荷下傳送+3 dBm的連調(diào)，而消耗為9 mA。

　　3 結(jié)語

　　單片無線電通信裝置由于受到尺寸和隔離限制，其處理能力有限。其最復(fù)雜的裝置是應(yīng)用于WLAN的無線藍(lán)芽調(diào)制解調(diào)器和收發(fā)器，因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行在低功耗狀態(tài)且需處理的地方有限。而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)無線通信、低耗能、體積小等特點(diǎn)也使單芯片無線收發(fā)系統(tǒng)有了極大的空間。