46MHz可调谐高线性八阶G-C带通滤波器的设计与实现

摘要

在过去的十年中，随着无线通信系统和CMOS集成电路技术的迅猛发展，单片集成射频系统芯片已经成为设计研究的热点。滤波器为无线通信系统中处理特定有用信号的重要模块。本论文中设计了一个应用于无线通信系统中的八阶线性可调的CMOS跨导电容(Gm-C)带通滤波器。本次的设计滤波器的工作是一个单片集成无线接收机设计研究的一部分。
　　 本文采用此结构来实现滤波器。本次工作的目标是实现一个能够工作在中高频段拥有高线性度、低噪声、高频率选择的可调谐滤波器。跨导器(Gm)是整个Gm-C结构中的最基本的单元。本文研究并对比了四种类型的跨导器。这些跨导器虽然都存在着一些优点，但是或多或少的存在着不符合系统规定的缺点。因此本文在采用源级负反馈电阻的跨导器的基础上进行了改进。这种改进的跨导器可以通过控制开关改变电阻和电流的值进而精确大范围的调谐跨导值。本文采用改进的跨导器和电容一起实现了4个双二阶带通滤波器。为了达到系统要求的频率选择性能，本文采用级联4个双二阶带通滤波器的方式实现了一个8阶的带通滤波器。在本设计中，所有的电路和版图都采用台积电0.18微米工艺库。通过使用Cadence工具对电路进行了仿真验证。仿真结果为中心频率46MHz、-3dB带宽24MHz，-20dB矩形系数2.35，1dB压缩点-22.18dBm、从35MHz到73MHz中心频率调谐范围以及1.79到1.92的品质因数Q值调谐范围。本次研究工作采用台积电0.18微米工艺对整个无线接收电路进行了流片验证。因此可以将滤波器放在整个接收机的通道中来测试。通过观察自动增益控制放大器后的信号频谱图可以得到中心频率和-3dB带宽分别为47MHz和24MHz的测试结果。这个结果与仿真结果几乎一致。