学位论文简介
考虑到无人机和星基载荷的尺寸、成本以及功耗的影响，需要更加小型化、轻量化、低成本以及低功耗的方案和产品，而低功耗、低成本以及高集成度的接收机芯片满足无人机以及天基ADS-B系统建设的需求。本文以低功耗、低成本ADS-B系统级（System on Chip, SoC）接收机芯片的设计与实现为研究目标，对ADS-B接收机芯片的系统级设计、射频前端、复数域滤波器、中频模式转换器、帧头检测及解码算法等关键模块进行深入研究和讨论，并完成一款低功耗、低成本ADS-B接收机芯片的前/后端设计、流片、封装、测试和试验的全流程验证。
（1）针对无人机/星载ADS-B系统低功耗、小型化以及低成本的需求，本文提出了一种全集成的ADS-B接收机系统级芯片方案。结合ADS-B系统特点，分析CMOS射频接收机架构的优缺点，提出低中频架构ADS-B接收机实现方案，进行了链路预算，划分了功能模块，最终通过了0.13um CMOS设计实现国内第一款专用全集成的ADS-B接收机SoC芯片，并完成了封装测试验证，芯片管芯面积为2990um*1798um，灵敏度达到了-88dBm，全芯片工作电流功耗为51mA。
（2）针对中频复数滤波器低功耗、低成本的需求，本文提出了一种低功耗低成本自动带宽修调电路设计与实现。中频复数滤波器的幅频特性曲线会因为集成器件电阻电容受PVT影响造成偏差而改变，导致影响滤波器镜像抑制能力和滤波特性，因此需要带宽修调电路来对滤波器的幅频特性进行修调，通过优化传统基于RC积分的自动带宽修调电路，提出了一种不需要额外基准电压的自动带宽校准电路，从而消除了基准电压生成电路带来的功耗和面积成本，其中自动带宽修调电路面积0.025857mm2，整个滤波器面积为0.1357mm2。
（3）针对中频采样模数转换器低功耗、低成本的需求，本文提出了一种低功耗低成本共模电压自生成模数转换器设计与实现。提出了一种共模电压自生成CDAC技术，通过版图的合计设计，充分利用寄生电容在ADC采样和转化周期内在电源和地之间切换来实现比较器的输入共模电压产生，从而消除了共模电压生成和驱动电路，消除了共模电压生成和驱动电路带来的静态功耗和面积成本。提出了一种二级动态比较器，第一级采用开关电容尾电流技术，分析了两个开关尾电容比例以及开关管对第一级动态比较器的增益的影响，同时可以通过设置尾电容和负载电容的关系实现对输出共模电压的控制，确保第二级比较器处于速度和精度折中的最优状态。
（4）针对实现高灵敏度基带解调算法，本文提出了一种创新的定时误差抑制同步（TERS）算法。TERS算法主要创新点：一是采用基于前导码及其互补序列的双重相关策略。前导码用于累积目标信号，互补序列则专门收集噪声与定时误差数据，通过计算两者的相关比率，充分利用信号和噪声特性，有效抑制定时误差干扰。二是巧妙利用ADS-B数据帧间的零时间间隔，增强对噪声的累积效果，这一设计无需预先获取噪声功率信息，就能大幅降低误报率，显著提升检测灵敏度。三是该算法具备广泛的适用性，可同时应用于相干检测与非相干检测场景。理论分析与仿真实验结果均表明，TERS算法优势显著：在1%的误报率条件下，相比现有方法，其检测阈值降低了1.5至3；非相干检测误检性能提升2dB以及相干检测更实现了3dB的性能增益。
主要学术成果
[1] Dun Yan, Xin ZhangCA, Yu Xiao, Xiaoyou Yu, Shaoliang Peng, Songting Li, Kai Tang, Jie Liu. A 4.5-MS/s 12-bit Vcm self-generated SAR ADC in 130-nm CMOS[J]. Microelectronics Journal,2025,Vol.156: 106548.（中科院三区，本人一作）
[2] Dun Yan, Bingpeng Zhou, Yu Xiao, Linjun Wu, Xiaoyou Yu and Shaoliang Peng. Complementary Preamble based Timing Error Rejection Frame Synchronization for ADS-B Systems in low SNR[J]. IEEE Sensors Journal.（Under Review，本人一作）
[3] 颜盾，肖裕，余小游，张鑫；ADS-B接收芯片中自动带宽修调中频滤波器设计[J]，计算机工程与科学.（CCF T2，本人一作）
[4] 李松亭,颜盾. 射频集成电路校准技术综述[J]. 电子与信息学报,2022,44(11): 4058-4074.（CCF T1，本人二作）
[5] 颜盾，肖裕，彭绍亮，余小游. ADS-B收发一体芯片及ADS-B收发机: ZL202411601655.4[P]. 2025.1.21.（已授权）
[6] 肖裕，王锋，颜盾，余小游. 基于共模电压的逐次逼近ADC、芯片及模数转换方法: ZL202411584941.4 [P]. 2025.03.11.（已授权）
[7] 肖裕，王锋，颜盾，余小游，张昭瀚.低功耗高精度温度传感器电路：CN202510489253.8（专利申请号）[P].2025.04.18.
[8] 余小游，张昭翰，颜盾. 一种低功耗上电复位电路: CN202411741652.0（专利申请号）[P]. 2024.11.29
