用于IEEE 802.11b/g WLAN直接下變頻接收機(jī)的射頻前端設(shè)計(jì)
研究結(jié)果表明,當(dāng)高通濾波器的fC為傳輸數(shù)據(jù)速率的0.1%時(shí),數(shù)據(jù)能夠被正確地傳輸和恢復(fù)。針對IEEE 802.11接收機(jī)fC設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到10 kHz。
圖6是交流耦合高通濾波器的具體實(shí)現(xiàn)電路。采用線性區(qū)MOS器件提供兆歐級電阻,可以節(jié)省電阻面積。
設(shè)計(jì)偏置電路,使M1工作在飽和區(qū),M2工作在線性區(qū),那么,
如果L2=L1,W1=W2,則Ron2=g-1m1。降低gm1,就可以得到很大的Ron2。
電路設(shè)計(jì)時(shí)需要注意2個(gè)問題:一是M1和M2開啟電壓的失配,因此需要將晶體管過驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)計(jì)大于200 mV抑制失配的影響;二是由于輸入信號電平導(dǎo)致M2的Ron2變化,幸運(yùn)的是,鑒于信號波形特性,信道內(nèi)的失真容限很高,而耦合電容在鄰信道頻率呈現(xiàn)較低阻抗,信道外失真較大。
2.4 基帶線性放大器
圖7是基帶線性放大器和差分高通濾波器的完整電路。
與圖6不同的是,M2、M3共用一個(gè)M1晶體管做偏置?;鶐Х糯笃鞑捎脝喂?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/直接">直接帶負(fù)載電阻輸出,以提高電路的線性度,改善系統(tǒng)整體性能。
2.5 信道選擇濾波器
圖8是簡單的信道選擇濾波器電路。其中運(yùn)算放大器連接成單位增益,可以用源極跟隨器實(shí)現(xiàn),但為了降低引入閃爍噪聲,源極跟隨器應(yīng)該使用大尺寸的晶體管。
信道選擇濾波器的傳輸函數(shù)計(jì)算公式為:
2.6 l/f閃爍噪聲
在直接下變頻結(jié)構(gòu)中,l/f閃爍噪聲是不可避免的,需要設(shè)計(jì)者仔細(xì)考慮。然而對于IEEE 802.11b/g協(xié)議的22 MHz信道帶寬(基帶信號占用11 MHz以內(nèi)的頻帶),具有幾百kHz拐角頻率閃爍噪聲的影響可以降到忽略不計(jì)的程度。證明如下。
如果fcorner=200 kHz,有Sl/f(200 kHz)=Sth,這里Sl/f和Sth分別表示l/f噪聲和熱噪聲的功率譜密度。假設(shè)Sl/f=K/f,其中K=(200 kHz)×Sth。下面計(jì)算從10 kHz到11 MHz總的噪聲:
如果電路沒有閃爍噪聲,總的噪聲功率為:V2n=(11 MHz)Sth,僅僅低了0.2 dB。根據(jù)文獻(xiàn)[2]分析,即使考慮到100 Hz的閃爍噪聲,信噪比最大的退化也低于0.6 dB。因此,這里低頻閃爍噪聲并不足以影響系統(tǒng)整體性能指標(biāo)。
3 版圖和設(shè)計(jì)結(jié)果
接收機(jī)射頻前端使用TSMC 0.18μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn),版圖面積為1 280μm×1 200μm。圖9給出了整個(gè)系統(tǒng)的版圖照片。
圖10是系統(tǒng)低頻基帶部分的傳輸函數(shù),-3 dB帶寬為9 kHz~11 MHz。
接收機(jī)前端性能總結(jié)如下:輸入頻率為2.4 GHz,噪聲系數(shù)為3.5 dB,電壓增益為31 dB,S11為小于-15 dB,IIP3為-8 dBm,IP2為大于+30 dB,輸入ldB功率為-25 dB,采用工藝為CMOS 0.18μm,功耗為32 mW??梢钥闯?,在兼顧低功耗和線性度同時(shí),獲得了非常好的增益和噪聲性能。
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