用于ZigBee接收机的低功耗Gm-C复数滤波器设计

摘要

ZigBee是一种新兴的低成本，低功耗，短距离，低复杂度的无线通信技术。它在无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)方面有着广泛的应用。低中频接收机是目前最常用的一种可集成的射频接收机结构。而有源复数滤波器是低中频ZigBee接收机中的重要组成部分，起着镜像抑制和信道选择双重作用。本文的研究重点是如何设计一个满足低中频ZigBee接收机性能要求的有源复数滤波器。
　　 本文在介绍了滤波器的基本理论的基础上，采用复信号分析法对低中频接收机进行了分析，表明了复数滤波器在接收机中起到至关重要的作用。最后根据低中频ZigBee接收机的要求，采用级联双二次的综合方法设计了一个12阶巴特沃斯跨导-电容(Gm-C)复数滤波器。
　　 Gm-C滤波器的频率参数如：带宽，中心频率等由于集成电路制造工艺，温度，器件老化等因素的影响与电路要求的性能指标相比会发生很大的偏移。必须引入调谐电路来稳定滤波器的性能参数。本文设计了一个基于锁相环的频率调谐电路来稳定滤波器的频率参数。滤波器与频率调谐电路之间的匹配性决定了频率调谐电路的精度。针对这个问题，文中的跨导放大器(Gm单元)根据大小按比例设计，使得滤波器与频率调谐电路之间具有好的匹配性，频率调谐电路达到高的调谐精度。同时在基于锁相环的频率调谐电路设计中，根据ZigBee的特点，本文给出了一种简单，低功耗的VCO电路结构，仿真结果表明该结构完全能够达到性能的要求。
　　 本设计采用0.18μmRF工艺，电源电压为1.8V。仿真结果显示：滤波器的中心频率为2MHz，带宽2MHz，镜像抑制比大于55dB，群延时小于0.9μs，群延时的变化小于0.3μs，具有很好的线性相位特性。电路的电流功耗仅为1.5mA，频率调谐精度达到5％，达到系统性能要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

第一节 研究背景和意义

1.1.1 ZigBee简介

1.1.2 常见可集成射频接收机结构

1.1.3 复数滤波器的发展与现状

第二节 论文的主要内容及组织结构

第二章 滤波器基本理论

第一节 滤波器的分类

第二节 滤波器的特性

2.2.1 滤波器的时域特性

2.2.2 滤波器的频域特性

第三节 各种模拟集成滤波器的性能分析

2.3.1 有源RC滤波器

2.3.2 Gm-C滤波器

2.3.3 开关电容滤波器

第四节 滤波器的逼近与综合

2.4.1 滤波器特性的逼近

2.4.2 滤波器的综合

第三章 复数信号处理与复数滤波器

第一节 低中频接收机的复信号分析

第二节 复数滤波器的综合

3.2.1 无源复数滤波器的综合

3.2.2 有源复数滤波器的综合

第四章 Gm-C复数滤波器的设计

第一节 跨导放大器

4.1.1 跨导放大器Gm简介

4.1.2 线性输入范围的提高

第二节 跨导放大器的设计

4.2.1 共模反馈电路

4.2.2 跨导放大器的比例设计

第三节 复数滤波器综合

第五章 频率调谐电路的设计

第一节 频率调谐电路的分类

第二节 间接频率调谐电路的实现

5.2.1 基于锁相环的调谐

5.2.2 基于锁幅环的调谐

5.2.3 基于电荷比较的调谐

5.2.4 其他调谐方法

第三节 基于锁相环的频率调谐电路设计

5.3.1 鉴相器(PD)

5.3.2 电荷泵

5.3.3 环路滤波器(LF)

5.3.4 VCO的设计

5.3.5 整体电路仿真

第六章 总结

参考文献

致谢

附录A

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果