可调谐高线性Gm-C复数滤波器设计

摘要

复数滤波器作为低中频接收机中的重要模块，实现镜像抑制和信道选择的功能。滤波器灵活的频率调谐能力可使接收机适应不同的应用场景;良好的线性度可以有效降低接收机的误码率。因此可调谐高线性滤波器的研究对整个射频接收机系统的功能实现具有重要意义。
　　本文设计了一种用于无线传感器网络的低中频接收机中的可调谐高线性Gm-C复数滤波器。首先从Gm-C滤波器的理论知识与镜像抑制接收机的工作原理出发，分析了Gm-C复数滤波器的实现方式，之后根据接收机的指标要求，给出了具体的设计方案:采用多路反馈法设计出复数滤波器的拓扑结构，保证了电路中所用元器件最少以及滤波特性对元器件较低的灵敏度;设计了一种基于电流传输器的高线性度跨导放大器，实现了滤波器中跨导值的精确比例关系;为满足频率调谐的要求，本文设计了一种新型的跨导放大器主从控制电路，在实现跨导值调节的同时，将决定Gm-C滤波器频率特性的时间常数C/Gm转变为RC，使得原本仅用于有源RC滤波器的低功耗频率校准电路可用于Gm-C滤波器中。设计的可调谐高线性Gm-C复数滤波器在SMIC0.18μm CMOS工艺下完成了电路和版图的设计，并流片验证。测试结果表明:滤波器工作在1.8V的电源电压下，静态功耗为2mW;滤波器的中心频率调谐范围为141 KHz到453 KHz，带宽调节范围从92 KHz到837 KHz，中心频率和带宽可独立调节;滤波器镜像抑制比大于20dB;线性度方面，输入三阶互调点IIP3大于17 dBm。测试结果满足了设计指标要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文主要工作

1．4 论文内容概述

第二章 滤波器设计概述

2．1 镜像抑制接收机基本原理

2．1．1 超外差式接收机

2．1．2 镜像抑制接收机

2．2 滤波器设计原理

2．2．1 滤波器的性能指标

2．2．2 滤波器的分类

2．2．3 滤波器设计方法

2．3 复数滤波器设计

2．4 本章小结

第三章 Gm-C复数滤波器电路设计

3．1 滤波器设计指标

3．2 复数滤波器结构设计

3．2．1 多路反馈Gm-C滤波器模型

3．2．2 四阶Gm-C复数滤波器结构设计

3．3 高线性度跨导放大器设计

3．3．1 基于电流传输器的跨导放大器设计

3．3．2 跨导放大器仿真分析

3．4 频率调谐与校准模块设计

3．4．1 跨导放大器主从控制电路

3．4．2 低功耗频率校准电路设计

3．5 可测试输出缓冲器设计

3．6 滤波器整体仿真

3．7 本章小结

第四章 版图设计、测试结果及分析

4．1 版图设计

4．2 后仿真验证

4．3 测试及结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者简介