应用于无线传感网节点的有源复数带通滤波器设计

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，是目前国际上备受关注，涉及多学科高度交叉，知识高度集成的前沿热点研究领域。研究并设计应用于WSN节点的射频收发机芯片具有重要的意义。
　　 本文在全面归纳总结国内外全集成有源滤波器的研究现状和发展动态的基础上，基于SMIC0.13μm RF-CMOS工艺，设计了应用于无线传感器网络节点射频收发芯片的有源复数带通滤波器。该滤波器位于低中频结构的接收机中，对混频器输出的中频信号进行信道选择和镜像抑制，是WSN节点射频收发芯片中的一个关键模块。本复数带通滤波器的主体电路采用基于五阶切比雪夫低通原型的有源Gm-C结构，以满足高镜像抑制和低功耗的要求，同时为了提高滤波器的线性度和电压增益，设计了折叠式共源共栅结构的跨导运算放大器作为电路中的核心跨导单元。最后通过使用Cadence设计环境下的Spectre工具仿真，后仿真结果表明，在1.2V电源电压下，复数带通滤波器的中心频率为2MHz，通带带宽为2.4MHz，镜像信号抑制为53dB，带内纹波小于0.3dB，电压增益大于16dB，工作电流为3.25mA，达到了设计指标要求。
　　 本文设计的滤波器可以应用于WSN节点射频收发芯片中，也可应用于类似无线通信系统的射频收发芯片中。