單芯片無(wú)線(xiàn)電通信系統設計

　　2.1 接收機

　　以下是一個(gè)適用于802.11a/b/g無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的單芯片無(wú)線(xiàn)電接收機，它有2個(gè)波段。圖1顯示雙頻接收機詳細框圖。

　　接收機有兩個(gè)差分級聯(lián)低噪聲放大器，對每一個(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。2.4 GHz和5 GHz內的射頻信號在下轉換為共同的中頻(如大約為1.7 GHz)之前被相應的噪聲放大器和RF可變增益放大器(VGA)放大。這個(gè)中頻信號進(jìn)一步混合后下至正交基帶I，Q信號，稱(chēng)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受同基帶lC控制的6位DAC的刪除。經(jīng)實(shí)驗測量，該接收機具有達90 dB可編程增益，射頻和基帶信號大約各半。整體接收系統噪聲系數對應于5 GHz應用模式為5.5 dB，對應于2.4 GHz應用模式為4.5 dB。

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

　　圖2是改進(jìn)壓縮和共模抑制的5 GHz的LNA示意圖。放大器由一對為降低噪音系數而優(yōu)化的級聯(lián)差分電路組成。它是利用一種低噪聲數字。當一個(gè)有用的大射頻信號輸入時(shí)，該LNA轉換到低增益模式，以避免信號壓縮。增益減少是通過(guò)晶體管M2，M5作為一對電流開(kāi)關(guān)實(shí)現的，通過(guò)分流信號電流遠離感性負載來(lái)實(shí)現降低輸出信號。增益變化的正確度取決于匹配晶體管的大小和對所有過(guò)程及溫度死角的有效控制。為了降低噪聲可用級聯(lián)裝置，在級聯(lián)節點(diǎn)的寄生電容通過(guò)電感L3和L4濾出。電感L5通過(guò)濾去差分M7和M8尾部節點(diǎn)的寄生電容來(lái)提高低噪聲放大器(LNA)的共模抑制比。增加在尾節點(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(wú)需添加平衡器。

　　2.2 發(fā)射機

　　圖3顯示了雙波段發(fā)射機的方框圖。正交基帶I，Q信號由同一數字芯片中的DACs產(chǎn)生，以電流輸入方式送發(fā)射機。輸入信號先被可重構濾波器濾波，然后混合到1.7 GHz的中頻。由此，無(wú)論發(fā)射機運行在2.4 GHz或5 GHz的模式，中頻信號都被LOF或LO2上轉換。發(fā)射機采用鏡像抑制混頻，以避免需要一個(gè)中頻濾波器。對于圖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(guò)射頻可變增益級之后，每一路的射頻信號驅動(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，用于藍牙技術(shù)的單片無(wú)線(xiàn)調制解調器。這種調制解調器采用了直接轉換，所以在收發(fā)中不必使用中頻帶。

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　　重構的基帶信號由電阻衰減Gilbert型混頻器完成，上變頻以及電阻負載如圖4所示。I-Q LO驅動(dòng)信號來(lái)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，由單級集電極開(kāi)路、在同一塊芯片上匹配的差分對和為得到最大功率傳送的不平衡變壓器組成。通過(guò)數控尾電流源對差分與導納的控制來(lái)完成，分8步實(shí)現30 dB的功率控制。實(shí)驗測試顯示，這種功率放大器能夠在50 Ω負荷下傳送+3 dBm的連調，而消耗為9 mA。

　　3 結語(yǔ)

　　單片無(wú)線(xiàn)電通信裝置由于受到尺寸和隔離限制，其處理能力有限。其最復雜的裝置是應用于WLAN的無(wú)線(xiàn)藍芽調制解調器和收發(fā)器，因為它們運行在低功耗狀態(tài)且需處理的地方有限。而在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的設計過(guò)程中，傳感器節點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信、低耗能、體積小等特點(diǎn)也使單芯片無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統有了極大的空間。