表目录 表3-1前馈和反馈环路优缺对比 27 表3-2全球通信标准分布 29 表3-3各模块增益分配. .32
V 表目录 表 3-1 前馈和反馈环路优缺对比 .................................................................. 27 表 3-2 全球通信标准分布 ............................................................................. 29 表 3-3 各模块增益分配................................................................................. 32
摘要 从19世纪末开始，射频接收机就作为通信系统中的一个基本模块而存在。 近年来随着无线通信的发展，射频接收机更是作为从电磁波中还原出系统可识别 的电信号的传输模块而越来越受到工程师们的关注。 自动增益控制系统作为接收机内必不可少的模块，其主要功能是调节信号强 弱，以确保在输入信号功率变化很大的情况下仍能保持输出的稳定。因此需要对 接收机内的各个可变增益模块进行增益的调节，以达到稳定输出的效果。随着片 内全集成接收机的出现，如何对多级级联的可变增益模块进行增益分配成为另 个需要研究的问题。本文对影响信号的两种主要干扰，噪声和非线性，进行了详 细的分析讨论，并在此基础上推出了可以用于衡量信号质量的指标一信号噪声失 真比。 在了解接收机架构的基础上，以之前推导的信号噪声失真比理论为依据，同 时考虑实际工作时各种可能遇到的带外干扰情况，对一个数字电视调谐器的各级 可变增益模块进行增益分配。 同时本论文将增益调整与系统控制联系到一起，对一个数字电视调谐器芯片 进行了合理的系统控制，并介绍了系统内各个数字模块及其功能。 最后在文章的第四章给出了各个模块的仿真结果及芯片的测试结果，以验证 理论的正确性及电路功能。 关键词：射频接收机，自动增益控制，信号噪声失真比，接收机系统控制，噪声， 线性度，复合三阶失真 中图分类号：TN4 VI
VI 摘要 从 19 世纪末开始，射频接收机就作为通信系统中的一个基本模块而存在。 近年来随着无线通信的发展，射频接收机更是作为从电磁波中还原出系统可识别 的电信号的传输模块而越来越受到工程师们的关注。 自动增益控制系统作为接收机内必不可少的模块，其主要功能是调节信号强 弱，以确保在输入信号功率变化很大的情况下仍能保持输出的稳定。因此需要对 接收机内的各个可变增益模块进行增益的调节，以达到稳定输出的效果。随着片 内全集成接收机的出现，如何对多级级联的可变增益模块进行增益分配成为另一 个需要研究的问题。本文对影响信号的两种主要干扰，噪声和非线性，进行了详 细的分析讨论，并在此基础上推出了可以用于衡量信号质量的指标－信号噪声失 真比。 在了解接收机架构的基础上，以之前推导的信号噪声失真比理论为依据，同 时考虑实际工作时各种可能遇到的带外干扰情况，对一个数字电视调谐器的各级 可变增益模块进行增益分配。 同时本论文将增益调整与系统控制联系到一起，对一个数字电视调谐器芯片 进行了合理的系统控制，并介绍了系统内各个数字模块及其功能。 最后在文章的第四章给出了各个模块的仿真结果及芯片的测试结果，以验证 理论的正确性及电路功能。 关键词：射频接收机，自动增益控制，信号噪声失真比，接收机系统控制，噪声， 线性度，复合三阶失真 中图分类号：TN4
Abstract Receiver has been a basic block in communication systems since the late 19th century.Nowadays,with the development of wireless communication, receiver has acquired an essential role in engineer's mind.receiver's main function is to recover the signals from the transmitted waves and convert them to electronic signals. Automatic gain control(AGC),as a necessary part of receiver,has a main function to adjust the power of signals,which can keep the output signal stable while the input signals change in a wide range.In order to implement this function,AGC needs to control the gain of all the variable gain blocks in the receiver.Because of the invention of fully integrated receiver,it has been a new problem to set the gain of each variable gain blocks.In this dissertation we make a discussion of noise and distortion in detail,which are the main interferences in communication.Then we advance a new theory-signal to noise and distortion ratio(SNDR),which can measure signal quality. After a brief introduce of receiver architectures,we can work out a solution to set every variable gain blocks of a TV-tuner,with the help of SNDR and consideration of out-band distortion. This treatise also combines AGC with system control.Give a detail algorithm of system control and AGC in the TV-tuner.And introduce other digital blocks briefly in this chip. Finally,simulation results and measured results are presented,which verified the function of AGC and the chip. Key Words:RF receiver,AGC,SNDR,receiver system control,noise, distortion,CTB VI川
VII Abstract Receiver has been a basic block in communication systems since the late 19th century. Nowadays, with the development of wireless communication, receiver has acquired an essential role in engineer’s mind. receiver’s main function is to recover the signals from the transmitted waves and convert them to electronic signals. Automatic gain control (AGC), as a necessary part of receiver, has a main function to adjust the power of signals, which can keep the output signal stable while the input signals change in a wide range. In order to implement this function, AGC needs to control the gain of all the variable gain blocks in the receiver. Because of the invention of fully integrated receiver, it has been a new problem to set the gain of each variable gain blocks. In this dissertation we make a discussion of noise and distortion in detail, which are the main interferences in communication. Then we advance a new theory - signal to noise and distortion ratio (SNDR), which can measure signal quality. After a brief introduce of receiver architectures, we can work out a solution to set every variable gain blocks of a TV-tuner, with the help of SNDR and consideration of out-band distortion. This treatise also combines AGC with system control. Give a detail algorithm of system control and AGC in the TV-tuner. And introduce other digital blocks briefly in this chip. Finally, simulation results and measured results are presented, which verified the function of AGC and the chip. Key Words: RF receiver, AGC, SNDR, receiver system control, noise, distortion, CTB
第一章概述 第一章概述 1.1研究背景 在信息技术高度发展的今天，通信产品便携化己成为当下发展趋势。手机， 平板电脑等各种多媒体终端给人们的生活带来了意想不到的变化，无线传输作为 一种便捷的通信方式正越来越受到工程师们的青睐。图1-1显示了自1995年以 来，全球无线通信系统的用户数量估计值[1]，很明显，从上个世纪90年代中期 开始，无线通信系统的数量一直以很快速度在增长。 400M 350M Number L300M 250M p scri 200M 150M 100M 50M 1095 爱 溫 Years 图1-11995到2012年全球无线通信用户数量估计 因此，作为无线通信系统中十分重要的基本模块，接收机的研发就变得尤为 重要。为了满足现代通信系统对高集成度、高性能、低功耗、低成本的要求，工 程师们充分发挥自己的专业才能，不断地研发出各种应用于不同系统的接收机。 按照应用的不同，可以分为应用于数字电视、手机、无线本地局域网、蓝牙、近 场通信等方面的接收机。按照处理信号的方式来分，又可以分为模拟接收机和数 字接收机。按照所采用工艺的不同，又有：互补金属氧化物半导体工艺(CMOS), 双极管工艺(Bipolar),双极互补金属氧化物半导体工艺(BiCMOS),锗硅工艺
第一章 概述 1 第一章 概述 1.1 研究背景 在信息技术高度发展的今天，通信产品便携化已成为当下发展趋势。手机， 平板电脑等各种多媒体终端给人们的生活带来了意想不到的变化，无线传输作为 一种便捷的通信方式正越来越受到工程师们的青睐。图 1-1 显示了自 1995 年以 来，全球无线通信系统的用户数量估计值[1]，很明显，从上个世纪 90 年代中期 开始，无线通信系统的数量一直以很快速度在增长。 50M 100M 150M 200M 250M 300M 350M 400M Years 图 1-1 1995 到 2012 年全球无线通信用户数量估计 因此，作为无线通信系统中十分重要的基本模块，接收机的研发就变得尤为 重要。为了满足现代通信系统对高集成度、高性能、低功耗、低成本的要求，工 程师们充分发挥自己的专业才能，不断地研发出各种应用于不同系统的接收机。 按照应用的不同，可以分为应用于数字电视、手机、无线本地局域网、蓝牙、近 场通信等方面的接收机。按照处理信号的方式来分，又可以分为模拟接收机和数 字接收机。按照所采用工艺的不同，又有：互补金属氧化物半导体工艺(CMOS)， 双极管工艺(Bipolar)，双极互补金属氧化物半导体工艺(BiCMOS)，锗硅工艺
第一章概述 (SG)等。根据集成度的不同，可以分为：分立元件接收机、部分集成接收机、 全集成接收机[2]。 无论是哪一种接收机，其基本架构都是如图1-2所示[1]。在无线通信系统中， 射频电路是紧接着天线直到解调器或调制器部分，其任务是执行信号的传输，保 证信号良好的功率传输或功率控制是衡量一个收发机的主要标准3]。因此，如 何从系统的角度去优化协调接收机的各个模块对一个收发机来说是至关重要的。 自动增益控制(Automatic gain control,,AGC)的引入从控制信号功率的角度来优 化系统，通过对接收机内的各级进行增益上的调整，来达到优化信号的线性度跟 噪声的效果。 Antenna RF Filter LNA MIXER Channel Filter AD 图1-2接收机的一般架构 1.2研究动机 最初的自动增益控制主要是指控制有可变增益功能的单个模块的增益。信号 的干扰主要来自于非线性和噪声。如图1-3所示，以单个可变增益模块为例，当 输入的信号较小时，噪声成为恶化信号的主要因素，因此需要调高增益，然而， 调高增益会恶化信号的线性度。由此可知，调整增益可以权衡信号的线性度跟噪 声。 gain linearity noise 图1-3线性度与噪声之间的折衷 对于有多个可变增益模块的接收机，当信号的输入输出功率已固定时，自动 增益控制要解决的问题就是如何分配各级的增益，分配的原则是：合理配置各级 增益，以优化信号的线性度与噪声。本论文以一个宽带多标准电视调谐器(TV
第一章 概述 2 (SiGe)等。根据集成度的不同，可以分为：分立元件接收机、部分集成接收机、 全集成接收机[2]。 无论是哪一种接收机，其基本架构都是如图 1-2 所示[1]。在无线通信系统中， 射频电路是紧接着天线直到解调器或调制器部分，其任务是执行信号的传输，保 证信号良好的功率传输或功率控制是衡量一个收发机的主要标准[3]。因此，如 何从系统的角度去优化协调接收机的各个模块对一个收发机来说是至关重要的。 自动增益控制(Automatic gain control, AGC)的引入从控制信号功率的角度来优 化系统，通过对接收机内的各级进行增益上的调整，来达到优化信号的线性度跟 噪声的效果。 图 1-2 接收机的一般架构 1.2 研究动机 最初的自动增益控制主要是指控制有可变增益功能的单个模块的增益。信号 的干扰主要来自于非线性和噪声。如图 1-3 所示，以单个可变增益模块为例，当 输入的信号较小时，噪声成为恶化信号的主要因素，因此需要调高增益，然而， 调高增益会恶化信号的线性度。由此可知，调整增益可以权衡信号的线性度跟噪 声。 图 1-3 线性度与噪声之间的折衷 对于有多个可变增益模块的接收机，当信号的输入输出功率已固定时，自动 增益控制要解决的问题就是如何分配各级的增益，分配的原则是：合理配置各级 增益，以优化信号的线性度与噪声。本论文以一个宽带多标准电视调谐器(TV