应用于GNSS接收机的复数滤波器的设计与研究

摘要

复数滤波器的设计通常面临以下几个挑战：（1）随着GNSS信号带的不断扩充，需要一个能够集成多种带宽和中频的基带复数滤波器；（2）另外，对于多带宽多中频的复数滤波器，它的频率校准电路也需要适用于全部情况；（3）在太空中，复数滤波器会在极端的高低温环境下工作，这时需要它的Q值随温度变化较小。本文针对这些挑战对复数滤波器展开研究，提出一个创新的关键技术，并在此基础上实现了预期的目标。
　　首先，为了适应GNSS接收机的应用，本次设计的复数滤波器能够接收 GPS、北斗、格洛纳斯和伽利略等卫星导航信号，有16MHz和4MHz两个中频，2、4、10和20MHz四个带宽。本文还介绍了基于数字延时锁定环路（Delay-locked loop，DLL）频率校准电路。在此基础上，通过对电阻电容（RC）阵列的数字控制，实现了能够适用于所有模式的校准电路。
　　此外，本文还创新地在偏置电路中引入了组合偏置方法，通过组合恒定Gm（constant-gm）和带隙基准（band-gap）偏置，使复数滤波器的品质因数（Quality-factor，Q）的温度系数可调。从而选取适当偏置比例，使复数滤波器的Q值随温度变化稳定。
　　最后，在上述关键技术研究的基础上，本文采用TSMC0.18μm CMOS工艺设计并流片验证了一款同时满足全带GNSS信号带的芯片。本款芯片采用5阶切比雪夫（Chebeyshev）架构，芯片面积为0.4mm2，在1.8 V电源电压下消耗9~14mA（不同模式）的电流。测试结果显示在-25~100° C范围内，复数滤波器在截止频率处的增益变化小于0.4dB。对于所有模式，复数滤波器有0~42dB增益，每6dB可调；镜像抑制大于42dB；带外抑制大于25dB。

目录

声明

第一章 绪论

1.1项目研究背景和意义

1.2主要工作和论文结构

第二章 无线接收机

2.1无线接收机

2.2低中频中镜像抑制的方法

2.3本章小结

第三章 滤波器理论概述

3.1标准二阶传递函数

3.2群延时（Group Delay）和时域响应

3.3频率响应

3.4滤波器分类

3.5几种滤波器比较

3.6噪声

3.7线性度

3.8本章小结

第四章 复数滤波器的结构设计

4.1应用背景和设计指标

4.2有源滤波器

4.3积分器实现

4.4频率转换

4.5本章小结

第五章 积分器的非理想性

5.1积分器模型

5.2非理想性的补偿

5.3运算放大器的设计

5.4本章小结

第六章 偏置电路与温度补偿

6.1偏置电路

6.2品质因数的温度漂移

6.3本章小结

第七章 频率校准电路

7.1频率校准原理

7.1频率校准电路

7.2频率校准结果验证

7.3本章小结

第八章 仿真与测试结果

8.1仿真和测试环境

8.2测试结果

8.3本章小结

第九章 结束语

9.1总结与创新点

9.2后续工作

9.3本章小结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文