【正文】 1 三級(jí)級(jí)聯(lián) COLPITTS 振蕩超寬帶混沌信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) 低壓低噪聲高線性度的 LNA 電路設(shè)計(jì) 目 錄 第 1 章 緒論 ................................................................................................................. 2 引言 .................................................................................................................... 2 超寬帶無線通信技術(shù) ........................................................................................ 2 超寬帶技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 ................................................................................. 3 超寬帶收發(fā)機(jī)概述 ............................................................................................ 5 本文的組織結(jié)構(gòu) ................................................................................................ 6 第 2 章 三級(jí)級(jí)聯(lián) COLPITTS 振蕩超寬帶混沌信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì) ............................ 6 混沌理論基礎(chǔ) .................................................................................................... 6 多混沌載波超寬帶系統(tǒng) .................................................................................... 8 發(fā)射機(jī) .............................................................................................................. 10 接收機(jī) .............................................................................................................. 10 仿真與結(jié)果 .......................................................................................................11 結(jié)束語 ...............................................................................................................11 第 3 章 低壓低噪聲高線性度的 LNA 電路設(shè)計(jì) .......................................11 工藝庫的元器件 .............................................................................................. 12 差分 CASCODE電路 .......................................................................................... 12 差分電路的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 12 差分電路的電路級(jí)仿真 ........................................................................... 14 單端 CASCODE電路 .......................................................................................... 16 單端電路的設(shè)計(jì) ....................................................................................... 16 單端電路的電路級(jí)仿真 ........................................................................... 19 單端電路的版圖設(shè)計(jì)、提取及后模擬 ................................................... 22 電路級(jí)仿真和后模擬仿真總結(jié) ...................................................................... 25 與其它電路的比較 .......................................................................................... 25 結(jié)束語 ......................................................................................................................... 27 附錄 ............................................................................................................................. 28 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 38 2 第 1 章 緒論 引言 根 據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC)定義的超寬帶 (UWB)設(shè)備是指帶寬比大于 或 實(shí) 際 帶 寬 不 小 于 500 MHz 的 系 統(tǒng) ， 帶 寬 比 的 表 達(dá) 式 為2 ( ) / ( ) 2h t h tf f f f? ? ?，其中 hf 和 tf 分別是 10 dB 輻射點(diǎn)的高端與低端頻率．超寬帶系統(tǒng)和傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比具有高傳輸速率、低功耗、很強(qiáng)抗干擾性和抗截獲性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于車載雷達(dá)、成像系統(tǒng)、測量定位系統(tǒng)和高速無線 LAN 等． 混沌信號(hào)是指確定性系統(tǒng)產(chǎn)生的類噪聲信號(hào)，擁有良好的自相關(guān)、互相關(guān)特性．由于它對(duì)初值敏感， 容易產(chǎn)生數(shù)量龐大互不相干的信號(hào)，所以 UWB 混沌通信系統(tǒng)具有高保密性和低截獲率等優(yōu)點(diǎn) [12]． 首先使用三級(jí)級(jí)聯(lián) Colpitts 振蕩器構(gòu)成了超寬帶混沌信號(hào)產(chǎn)生電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單，所產(chǎn)生的超寬帶混沌信號(hào)具有寬闊的頻譜和良好的自相關(guān)性，接著提出由該電路構(gòu)造的多混沌載波超寬帶系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)不同的通信速率下的誤碼率進(jìn)行了仿真． 超寬帶無線通信技術(shù) 超寬帶（ UWB）無線通信是一種無載波通信技術(shù)，又被稱為脈沖無線電（ Impulse Radio） ，任何無線電系統(tǒng)，只要它滿足下面的條件之一就稱為超寬帶系統(tǒng)： M H z500%20)(2?????LHLHLHffffff )11(? 其中， hf 和 lf 分別是信號(hào)能量功率譜密度（ PSD）的上限頻率和下限頻率， hf和 lf 都定義在 PSD 衰減為 10dB 的輻射點(diǎn) 上 。由于超寬帶無線通信技術(shù)有著近似噪聲的功率信號(hào)，具有高保密性、高速率、低功耗等特點(diǎn)，為下一代消費(fèi)電子設(shè) 3 備高速率無線連接提供了十分理想的解決方案 。同時(shí)它是基于共用頻段的思想，能夠與其它現(xiàn)存的傳統(tǒng)無線技術(shù)共享頻帶，也為解決日趨緊張的頻譜資源難題提供了新的解決方案，因此被人們所廣泛關(guān)注。 現(xiàn)有研究中出現(xiàn)了三種主要的 UWB 技術(shù)，第一種是跳時(shí)超寬帶 (THUWB)即脈沖無線電的傳統(tǒng)體系，是迄今為止最早 UWB 技術(shù)，直到現(xiàn)在仍然是一種重要的技術(shù) 。第二種 UWB 技術(shù)稱為直接序列擴(kuò)頻超寬帶技術(shù) (DSUWB)，該方案由美國飛 思卡爾 (FrceScale)半導(dǎo)體公司首先提出 。第三種 UWB 技術(shù)是基于正交頻分復(fù)用技術(shù)的 UWB 體系，稱之為多頻帶正交頻分復(fù)用超寬帶 (MBOFDM UWB)，該方案由美國 Intel 公司和美國德州儀器 (TI)公司為首的多帶 OFDM 聯(lián)盟 (MBOA，MultiBand OFDM Alliance)所提出。 UWB 信號(hào)的頻帶極寬，一般在幾百 MHz 以上甚至?xí)?，利用如此寬的頻帶，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，這可由山農(nóng)公式給出解釋，山農(nóng)公式如下所示 ：2 0lo g (1 )PBNBc ??式中， B 為信道帶寬， 0N 為高斯白噪聲功率譜密度， P 為信號(hào)功率?？芍?，增大通信容量有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是通過增加信號(hào)功率 P ，也就是提高信噪比；二是增大傳輸帶寬 B 。由式信道容量 C 與信道帶寬呈線性增長，與信號(hào)功率 P 呈較為緩慢的對(duì)數(shù)增長，因此增加信號(hào)的帶寬比增加信號(hào)的功率更有效。 UWB 無線電技術(shù)就是通過增大傳輸帶寬來獲得高的傳輸速率的。處理增益是 UWB 系統(tǒng)的一個(gè)重要特性，處理增益 G 也稱擴(kuò)頻增益 (SpreadingGain)，它定義為頻帶帶寬（擴(kuò)頻技術(shù)占用 的總帶寬）與傳輸數(shù)據(jù)所需要的最小帶寬之比 .對(duì)于 UWB 通信系統(tǒng)，它的處理增益可以表示為：處理增益 (dB)=10log(1/占空比 )+10log（脈沖重復(fù)速率 /信息傳輸速率）其中，占空比 (duty cycle)=脈沖持續(xù)時(shí)間 (dutation)/脈沖重復(fù)周期，脈沖重復(fù)速率的單位為脈沖 /秒 (pulses/s)，信息傳輸速率的單位為比特 /秒 (bit/s )，所以，脈沖重復(fù)速率 /信息傳輸速率的單位為脈沖 /比特 (pulse/bit)。從這個(gè)表達(dá)式中可以看出，當(dāng)脈沖占空比小，或每比特時(shí)間里發(fā)射的脈沖數(shù)多，都可以使系統(tǒng)的 處理增益得到提高。而 UWB 信號(hào)恰好具有低占空比，每比特?cái)?shù)據(jù)中含有多個(gè)脈沖的特點(diǎn)，所以， UWB 系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以工作在低信噪比的環(huán)境下。 超寬帶技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 (1) UWB 技術(shù)在國外發(fā)展及現(xiàn)狀 美國聯(lián)邦通訊委員 (FCC)會(huì)解除了 UWB 傳輸在某些方面的限制。 20xx 年 2 4 月， FCC 通過了超寬帶在三個(gè)民用領(lǐng)域應(yīng)用的初步規(guī)范： 1)地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器等 (Imaging System)； 2)汽車防沖撞傳感器等 (Vehicle RadarSystems)；3)家電設(shè)備及便攜終端 之間的無線數(shù)據(jù)通信等 (Communication andMeasurement Systems)。 20xx 年 2 月 FCC 又對(duì)該規(guī)范進(jìn)行了確認(rèn)，并局部放寬了對(duì)成像系統(tǒng)頻帶的限制，這是 UWB 走向商業(yè)化的一個(gè)重要里程碑，而且 FCC 會(huì)繼續(xù)探討和完善 UWB 技術(shù)，并有可能進(jìn)一步放寬 UWB 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)方面的限制。 20xx 年12 月，在美國新墨西哥州的阿爾布克爾市舉行的 IEEE 有關(guān) UWB 標(biāo)準(zhǔn)的大討論。 關(guān)于 UWB 技術(shù)有兩種相互競爭的標(biāo)準(zhǔn)，一方是以 Intel 與德州儀器為首支持的MBOA 標(biāo)準(zhǔn)，一方是以摩托羅位為首的 DSUWB 標(biāo)準(zhǔn)，兩者的分歧體現(xiàn)在 UWB 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式上，前者采用多頻帶方式，后者為單頻帶方式。由 IEEE 工作組主持召開的標(biāo)準(zhǔn)大討論會(huì)議上對(duì) UWB 技術(shù)進(jìn)行投票選舉其標(biāo)準(zhǔn)， MBOA 獲得 60%的支持， DSUWB 獲取 40%的支持，兩者都沒有達(dá)到成為標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到 75%選票的要求。然而 20xx 年初在夏威夷舉行的 IEEE 802 會(huì)議上標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)組宣布解散。隨著工作組解散，何種標(biāo)準(zhǔn)能獲勝就要看誰能得到市場的認(rèn)可了。 MBOA 方案的這類通信系統(tǒng)采用 OFDM 技術(shù)，雖然符合 FCC 對(duì)超寬帶系統(tǒng)的定義，但由于其接近常規(guī)的正弦系統(tǒng)，己經(jīng)超出了沖激無線電的范疇。因此本文不對(duì)這類超寬帶系統(tǒng)作專門的討論，以后本文提到的超寬帶系統(tǒng)，如不作特別說明，均指沖激無線電系統(tǒng)。 (2)UWB 技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀 國內(nèi)有關(guān)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)對(duì) UWB 無線通信系統(tǒng)的研究起步較晚，還沒有完全具備 UWB 產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)的能力，缺乏該技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) [8]。我國在20xx 年 9 月初發(fā)布的“十五”國家 863 計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中，首次將“超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技