课题基金 / 基金详情

面向WBAN移动场景的相位跟踪射频接收器芯片架构及关键技术研究

批准号:
62104076
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡昂
依托单位:
学科分类:
集成电路设计
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡昂

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在体域网移动场景下,无线收发设备相对位置发生变化会影响接收信号能量大小,基于包络检测及注入锁定技术的高能量效率射频接收器将存在可靠性问题。FSK/GFSK调制方式利用调制信号改变载波相位,抗幅度干扰能力强,但传统调频接收器功耗大,无法满足体域网设备高能量效率的设计需求。本课题拟采用FSK/GFSK调制方式,通过接收器架构创新,提出一种基于相位跟踪技术的高能量效率调频接收器芯片架构,突破调频接收器芯片低功耗的设计瓶颈,解决体域网复杂人体姿态及移动场景下无线连接的可靠性问题。具体将从接收器系统架构、关键校准算法、低功耗电路设计三个方面开展研究工作。本课题的研究成果最终将为基于相位跟踪技术的高能量效率射频接收器芯片的设计与实现奠定坚实的理论和研究基础,为面向体域网移动场景终端设备的大规模应用提供高可靠性的保障。
英文摘要
The relative position between the receiver and the transmitter would affect the receiving signal strength on WBAN mobile applications, which could result in reliability problem if employing envelope detecting and injection locking techniques. FSK/GFSK modulation type performs better anti-interference performance by changing the carrier phase, while FSK/GFSK receiver consumes larger power and is not satisfy WBAN applications. In this research, we proposed a high energy-efficient phase tracking FSK/GFSK receiver and broken the bottleneck of low power design. By utilizing this receiver structure, the reliability problem on WBAN mobile applications is solved. The main tasks include receiver structure design, key calibration algorithm design and low power circuits design. The outcome of this research would set a solid theoretical and research foundation for high energy-efficient phase tracking receiver design, and provide reliable wireless link for massive WBAN mobile applications.
在体域网移动场景中,无线收发设备的相对位置变化会影响接收信号的能量,基于包络检测及注入锁定技术的高能效射频接收器可能面临可靠性问题。本项目针对低功耗移动通信场景下无线连接的可靠性问题,提出了一种基于相位跟踪技术的调频接收机架构,为突破低功耗与无线连接稳定性之间的制约瓶颈提供了设计参考。.研究工作围绕接收器架构、校准算法和低功耗电路三方面展开。在接收机架构方面,研究了滑动中频和基于DCO的Type-I型相位跟踪技术的优缺点,分析了二种架构在灵敏度、传输速率、能量消耗等方面的差异,阐述了环路延时、信噪比与稳定性的关系。针对Type-I架构无法解调长0或长1的问题,本课题提出了一种基于ADC的Type-II型相位跟踪接收机架构,并基于Verilog-A完成了模型仿真验证。在关键校准算法方面,研究了数字自动增益校准、直流失调校准及TDC增益和失调校准算法,分析了频率漂移产生机制,提出了基于比例-积分滤波架构的频率漂移校准技术。在关键电路研究方面,完成了射频前端、模拟中频、数模转换器及全数字锁相环的设计;提出了数字辅助型直流失调校准技术,解决了TIA输出差分信号的直流失调问题;设计了三阶巴特沃斯R-C滤波器及基于电阻反馈型的可变增益放大器,实现增益带宽的动态配置;提出了一种低功耗的低端置位型开关时序,解决了DAC电容阵列高位电容翻转带来的高能耗问题;设计了基于多路径延时链TDC的全数字锁相环电路,突破了传统TDC分辨率受工艺最小门延时的限制。.基于SMIC 40nm CMOS工艺,完成了核心模块的设计及流片验证,实现了相位跟踪接收机的整体电路设计、版图设计及后仿,芯片面积为1.7mm*1.15mm,并进行了2次接收机投片验证。仿真结果表明,在-94dBm输入下,采用FSK/GFSK调制,最大传输速率可达2Mbps,最大功耗为2.76mW。部分研究成果已达到国际先进水平,已在IEEE JSSC、TCAS-II等期刊上发表论文9篇,申请发明专利3项,其中1项已授权。本课题研究成果对于相位跟踪接收机芯片技术的提升具有重要意义,尤其在体域网穿戴式设备领域具有广泛的应用前景。
基于PUF数字安全引擎的射频指纹增强技术研究
  • 批准号:
    62374064
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    48万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    胡昂
  • 依托单位:
国内基金
海外基金