应用于WSN节点的5GHz低功耗分频器设计(2)

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3．1 低功耗分频器的设计思路 17

3．2 双模分频器各模块的设计 18

3．3 前仿真结果 23

4 版图设计与后仿真 28

4．1 版图设计注意事项 28

4．2 双模分频器的版图 29

4．3 后仿真结果 31

结论 38

致谢 39

参考文献 40

1 绪论

1．1 课题背景及意义

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量廉价的同构或异构，具有无线通信与计算能力的微型传感器节点，部署在无人值守的监控或测量区域，能够根据监测目标或对象自主完成给定任务，并将准确的信息传送到远程用户的智能监测网络系统[1]。论文网

无线传感器网络对网络的工作寿命有着苛刻的要求，能量受限是无线传感网络的基本特征。在网络中，WSN节点只能够携带有限的电池，并且在应用过程中很难或不可能更换电池，尤其是运行在恶劣的环境下，而数据采集、处理、传输以及路由计算等都会消耗大量的能源。传感器节点消耗能量的模块主要有传感器模块、无线通信模块以及处理器模块[1]。其中，无线通信模块会消耗大部分的能量，通常1bit的信息传输100m距离所需的能量大约相当于执行3000条计算指令所消耗的能量[1]。因此，在不影响节点任务功能的前提下，尽可能地降低无线通信模块的功耗，成为节点软硬件设计的核心问题。

在现代无线通信系统中，为提高频谱利用率和抗多径干扰，频分复用技术被广泛采用。在通过频分复用技术进行通信时，无线收发机需要根据指标要求实时进行信道切换，而信道切换是通过改变频率合成器（Frequency Synthesizer, FS）的输出频率来实现的。频率合成器的作用是给收发机中的变频部分提供本地载波信号，而载波信号的优劣与否往往决定了信号的传输品质。载波信号的频谱纯净度不仅影响了传输资料的正确性，而且也对系统信道的大小有着关键性的作用。尤其是在多载波系统中，高密度的正交载波对本地振荡源的频谱纯净度提出了更为苛刻的要求。

在基于锁相环（Phase Locked Loop, PLL）的频率合成器中，分频器的工作频率是模块之中最高的。系统的工作速度受分频器的工作频率范围影响，整个系统的性能也由其性能所决定。所以，分频器是频率合成器能提供多个高精度频率信号且同时实现高频率、低功耗工作的关键。在通信过程中，需要通过改变分频器的分频比来实现信道之间的切换，所以对分频器的设计和研究具有很高的应用价值和现实意义，同时也能提高自身的RFIC设计水平。

本论文设计的双模分频器来源于国家863计划目标导向类项目“无线传感器射频收发芯片的设计”。

1．2 研究现状

1.2.1 频率合成器的研究现状

1.2.2 分频器的研究现状

1．3 设计内容及指标

本文的主要研究内容是应用于WSN收发机中的32/33双模分频器的设计。包括提供四路正交信号的高速二分频电路、相位切换电路以及异步八分频电路。

以上三部分的电路结构、前仿真结果、版图设计、后仿真结果均在第三章和第四章有详细的描述。双模分频器设计指标如表1-2所示。文献综述