【正文】 ................................................................. 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 (FCC)定義的超寬帶 (UWB)設(shè)備是指帶寬比大于 或 實 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，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． 混沌信號是指確定性系統(tǒng)產(chǎn)生的類噪聲信號，擁有良好的自相關(guān)、互相關(guān)特性．由于它對初值敏感， 容易產(chǎn)生數(shù)量龐大互不相干的信號，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 [12]． 首先使用三級級聯(lián) Colpitts 振蕩器構(gòu)成了超寬帶混沌信號產(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 上 。由式信道容量 C 與信道帶寬呈線性增長，與信號功率 P 呈較為緩慢的對數(shù)增長，因此增加信號的帶寬比增加信號的功率更有效。 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。我國在20xx 年 9 月初發(fā)布的“十五”國家 863 計劃通信技術(shù)主題研究項目中，首次將“超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)”作 為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容，鼓勵國內(nèi)學(xué)者加強(qiáng)這方面的研究工作 [9]。高頻信號在大氣傳輸中不易衰減，為了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信，很有必要將頻率變換到高頻進(jìn)行傳輸。 P A數(shù) 據(jù)上 混 頻 器天 線L N A數(shù) 據(jù)下 混 頻 器超 寬 帶 發(fā) 射 機(jī)超 寬 帶 接 收 機(jī)基 帶 處 理基 帶 處 理D A CD S PD A CD S P頻 率 合 成 器 圖 超寬帶收發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu) 無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射和接收是可逆的過程。 第 2 章 給出了本文提出的超寬帶 混沌 UWB 載波 通信系統(tǒng) 的電路結(jié)構(gòu) 第 3 章 給出了本文提出的超寬帶低噪聲高線性度放大器設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，對電路結(jié)構(gòu)和仿真結(jié)果進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆治?。也就是說，系統(tǒng)不能被分解為二個在 f 下互不影響的子系統(tǒng) (二個不變的開子集 )。不管對混沌的各種定義有何區(qū)別，混沌本質(zhì)特征是相同的，綜合起來有以下幾點： 1xS? 8 (1)混沌具有內(nèi)在隨機(jī)性，是確定性系統(tǒng)內(nèi)部隨機(jī)性的反映，它不同于外在的隨機(jī)性，系統(tǒng)是由完全確定性的方程描述，無需附加任何隨機(jī)元素，但系統(tǒng)仍會表現(xiàn)出類似隨機(jī)性的行為?；煦缫卜侵芷谶\動和準(zhǔn)周期運動，是非周期性的，但它具有良好的自相關(guān)性和寬頻帶的特點，類似噪聲的特點，基于此正好用其掩蓋所傳送的通信信息，使這些信息看起來像是寬帶的噪聲一樣，難于提取。如果低噪聲放大器放大倍數(shù)過大，其輸出信號太大，下一級混頻器就會出現(xiàn)嚴(yán)重的失真問題；如果低噪聲放大器的線性度過小，輸入信號過大，低 噪聲放大器就會輸出一個失真的信號。電路中使用的電感和電容，占用大量的版圖面積，在設(shè)計的過程中應(yīng)該盡量避免電感電容的使用。由上式可知，阻抗實部由上式最后一項提供。在輸入端得到很好的匹配時，圖 35 的噪聲曲線說明了在 ，系統(tǒng)噪聲接近最低噪聲，這說明了在引入兩個輔助管后，差分電路仍然可以實現(xiàn) SNIM（噪聲匹配和輸入匹配同時實現(xiàn)）技術(shù)。而在這，將會使用一種 電路，這種電路可以大大地降低電源電壓。在本設(shè)計中使用的電源電壓為 1V。第一條曲線為輸出端電壓的一階頻率項，第二條曲線為三階頻率項，第三條曲線為31aa 。得出的結(jié)果表明，在偏置電壓為 550mV 時，電路的線性度得到了很大的提高，可是由于偏置電壓過低，第一級放大電路的跨導(dǎo)過小，造成電路的總體增益較低。從 S21 的曲線圖還可以知道，本設(shè)計的電路的帶寬較高， 3dB 帶寬約為300M；在 ，達(dá)到 （約 倍）；輸入輸出在 處得到很好的匹配，分別為 和 ；隔離度為。雖然 1dBm壓縮點比偏置電壓為 550mV 時低 4dBm。 LNA 的版圖設(shè)計，要從減小寄生、隔離干擾等方面進(jìn)行。這是和數(shù)字電路的減小版圖面積一個很重要的區(qū)別。后模擬電路仍然保持了很高的增益和良好的匹配。本文的電路電源電壓低，是使用了折疊式的共源共柵電路結(jié)構(gòu)的緣故。 并 研究在 功耗限制和 低電壓 條件下低噪聲放大器 獲得高 線性度、低 噪聲的方法。 在本文論述的設(shè)計中，使用了 CSM025RF 工藝庫模型。 在一般情況下，提高電路的靜態(tài)工作點能夠提高電路的線性度。 含 有 噪 聲 的二 端 口 網(wǎng) 絡(luò)Y ssi snv ni 圖 A1 通過諾頓定理轉(zhuǎn)換的等效圖 從圖中可以知道輸出的噪聲功率可 以表示為： pnsnspnssna l lo GiYviGiiYvN ????????? ??????? 222, () 輸入噪聲 si 在輸出端的噪聲功率為 psnso GiN ?? 2, () 則電路的噪聲系數(shù)為： 222222snsnspspnsnsivYiiGiGiYviF ?????????????? ??? () 對于一個噪聲系統(tǒng)，常常使用噪聲系數(shù)來描述一個系統(tǒng)的噪聲特性。由此可以知道，等效噪聲溫度與系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系式為 pe kBGNT ? () 等效噪聲與引用的電阻無關(guān)。 rV2 為反射電壓波。 參數(shù) S21 可以作為電路的增益參數(shù)。由信號源內(nèi)阻噪聲源在柵源間產(chǎn)生的噪聲電壓為： ? ? ssTgsgsgsnsgsRLLLssCsCvV??????111 () 信號 源的噪聲電壓可以用信號源的噪聲電流替代，即 snsns Riv ? 。%工藝參數(shù) 載流子飽和速度 uo=。%工作頻率 w=2*pi*f。 F_=zeros(5,sizeW(1,2))。%跨導(dǎo) 38 Rn=gamma/alpha./gm。r39。black39。 figure subplot(2,3,1),plot(W,gm_(1,:),39。,W,gm_(5,:),39。)。y39。F/dB39。,W,Fmin_(4,:),39。ylabel(39。g39。)。,Qin,Fmin_(3,:),39。Qin39。)。Qin39。ylabel(39。,Qin,Fmin_(4,:),39。VgsVth39。y39。)。,W,Fmin_(5,:),39。 subplot(2,3,3),plot(W,Fmin_(1,:),39。black39。r39。)。,W,gm_(2,:),39。xlabel(39。b39。%最小噪聲 F=Fmin+Rn.*Rs.*(abs(1/RsYopt)).^2。 Vod_=zeros(5,sizeW(1,2))。%MOS 管掃描范圍 L=。%工藝參數(shù) 柵極氧化層厚度 Cox=*1e9。溝道漏端受控電流為： ? ? mgssgsgsndmgs gsCsLsCsLRsLiigVi 11131 ??????? () 用 1i 表示 ndi 有 ? ?12111 igsL DgsLLLCss R Ciimsmssggsgsnd ?????????? ?????? () 漏端的噪聲電流為： ndmsndmsndndo iD gsLDiD gsLiii ???????? ????? 11, () 對應(yīng)的輸出噪聲功率為 35 222, ndmsndo iD gsLDi ?? () 當(dāng)圖 C1 中的電容 Cgs 與電感 Ls、 Lg 諧振時， ? ? 12 ??? sggs LLCs () 則 ? ?smsgs LgRCsD ?? () 晶體管的柵極噪聲與溝道噪聲存在一定的相關(guān)性，可以將柵極噪聲分成兩部分，一部分與溝道噪聲完全相關(guān)，一部分與溝道噪聲完全不相關(guān)，即 ? ? 22222 414 cgkTcgkTiii ggngungg ?? ????? () 由相關(guān)性的定義可以知道，柵噪聲和溝道噪聲可以表示為： 22ndngndngciicjii ? () 在圖 C1 中，輸出端的輸出噪聲電流含有柵極噪聲成分、溝道噪聲成分、信號源噪聲成分，輸出端的噪聲功率可以表示為： 2,2,2,2,2 ,nguondongconsondongonsonoiiiiiiii??????? () 噪聲系數(shù)的另一種表示方法是，系統(tǒng)的輸出總噪聲功率比上輸入端輸入的噪聲在輸出端引起的噪聲輸出功率，則電感負(fù)反饋共源級電路的噪聲系數(shù)可以表示為： 2,2,sonoiiF? () ? ?? ?? ? ? ? ? ???????????????????????????????????????????????????????2222222202155151111gsgsmsgssggsdsmsLRsCgccRsCcLLCsgRgF????????? () 圖 C1 的源極電感可以看作是輸入匹配電路的一部 分，因而電路的噪聲可以表示為 soptsn G YYRFF2m in??? () 36 其中 mn gR1??? () ? ?2m in 1521 cF T ??? ???? () 當(dāng)將源極電感看作是輸入匹配電路的一部分時，輸入的匹配電路就需要減去一部分阻抗 soptopt sLZZ ?? 0 () 0optZ 由式（ ）給出，即 ? ?? ? ??????????????????????????????????222200511551151?????????????ccCcjcYZgsoptopt () 37 附錄 D Matlab 程序 clear。其中變換器功率增益是一個比較重要的參數(shù)，它考慮了信號源與負(fù)載的失配情況。 iir VSVSV 2121111 ?? () iir VSVSV 2222212 ?? () S 參數(shù)的求解表達(dá)式： 011112 ??iVirVVS