生物医学用uwb发射机前端芯片研究与设计论文.pdf

密级桂林电子科技大学硕士学位论文题目生物医学用 UWB 发射机前端芯片的研究与设计(英文) Research and Design of Biomedical UWB Transmitter Front-end Chip 研究生学号: 112021503 研究生姓名: 莫培思指导教师姓名、职务: 景新幸教授申请学位门类: 工学硕士学科、专业名称: 微电子学与固体电子学提交论文日期: 2014 年 4 月论文答辩日期: 2014 年 6 月万方数据万方数据摘要 I 摘要随着人们对自身健康的进一步关注以及医护人员渴望使用更先进的医护技术, 生物医学用电子设备成为了热门研究对象。 IR-UWB 发射机以其超宽带技术的特点和结构简单,功耗较低等优点成为了低功耗、小体积生物医学用电子设备中无线高速传输模块的首选。其既可高速、高能效地将从携带体上采集到的数据发送给医生或者研究者,又可满足这一类电子设备对体积和功耗的严苛要求。根据以上分析, 本文采用 μm CMOS 工艺完成了两种 IR-UWB 发射机的电路设计、版图设计、后仿真分析以及流片测试。发射机电路设计的过程中采用了协同设计的方法,既保证发射机能够实现必需功能,又简化了发射机的电路结构。其中一种为超低功耗频谱可调 IR-UWB 发射机,该发射机采用 OOK 调制,工作频段为 3~5 GHz ,其输出脉冲信号的幅度可以通过控制电压进行调节。利用节能开关与驱动放大器协同设计的方法,简化了发射机的电路,降低了系统功耗。该发射机芯片的核心面积为 340×280 μ m 2 ,实际测试结果显示,该发射机已实现以上所述功能, 最高数据传输速率可达 500 Mbps ,当没有数据输入时,功耗仅为 10 nW 。另一种为低电压全数字频段可变 IR-UWB 发射机。该发射机采用了调制电路与脉冲发生器协同设计的方法,使脉冲信号产生与数据信息调制同时进行,有效简化了发射机的系统电路,而且只需通过调节延迟时间来改变脉冲信号的宽度,即可使该发射机工作于 3~5 GHz 或者 6~10 GHz 频段。该发射机电路主要由 MOS 管构成,因此版图面积非常小, 核心面积仅为 94×95 μ m 2 。后仿真结果显示, 该发射机已实现 BPSK 调制和频段可变等功能,且电源电压仅为 1V 。关键词:生物医学用电子设备 IR-UWB 发射机低功耗小体积脉冲信号万方数据 Abstract -II- Abstract With more attention people pay on their health while the medical staffs desiring superior technology, more and more researchers focus on the development of the biomedical electronic system. IR-UWB transmitter e the first candidate of wireless transmission module for the biomedical electron ic system because of the characterstic of UWB technology with the advantage of low complexity and low power, which could transmit the data that collected from carrier to doctors or researchers with high speed and energy efficient, and it can also satisfie d the strict demand of volume and power consumption for the biomedical electronic system. According to the strict demand of volume and power consumption for the biomedical electronic system, this paper introduced two plexity IR-UWB transmitters structure with μm CMOS technology. The designing pr ocess include schematic