0.18μm CMOS工艺带有自动调谐系统的镜像抑制复数带通滤器设计

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种由传感器节点组成的无线网络。它能够实时地监听、感知和采集网络中的信息。并进行发布,使人们能更好地监测网络中的情况,在许多领域有着广泛的应用前景。用于传感器节点之间通信的射频收发机芯片是WSN的关键。随着无线通讯技术的发展以及半导体工艺技术的进步,低成本、高集成度的CMOS射频收发机芯片成为WSN系统的首选。射频收发机芯片设计的关键技术之一就是片内集成滤波器的设计。然而片内集成滤波器的性能对工艺和工作环境变化极为敏感,设计出性能不受工艺和工作环境影响的片内集成滤波器是本文的重要内容。
　　 本文基于TSMC0.18μm RF CMOS工艺,重点介绍带有自动调谐系统的Gm-C复数带通滤波器的设计。该滤波器应用于低中频结构的接收机中,具有信道选择和镜像抑制的功能。滤波器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,以满足高镜像抑制要求。电路中跨导单元采用具有低功耗和易调谐特点的Nauta跨导。稳定滤波器幅频特性的调谐系统通过调节滤波器各积分器单元的单位增益频率和Q值,实现滤波器的中心频率、带宽和Q值调谐。频率调谐环路采用锁相环技术,使用数字鉴频器和改进结构的数模转换器,实现积分器的单位增益频率调谐。Q值调谐电路通过压控振荡器的等幅振荡,实现积分器的Q值调谐。同时该调谐系统具备有利于改善滤波器线性度的高调谐电压输出能力。测试结果表明,1.8V电源电压下,调谐系统输出的调谐电压最高可达到1.71V。调谐后的滤波器带宽和中心频率偏差小于3％,邻近信道抑制比大于45dB。滤波器和调谐系统总功耗小于4mW。
　　 本文设计的带有自动调谐系统的复数带通滤波器实现了片内集成,可以应用于WSN无线射频收发芯片中。