高频自适应OTA-C型连续时间带通滤波器设计

论文摘要

随着无线通讯技术的发展,射频集成电路已经成为人们研究的热点之一。连续时间集成有源滤波器作为集成射频通信系统中不可缺少的一部分,起着信道选择、滤除高次谐波、抗混叠滤波等作用。本文基于TSMC 0.18μm CMOS工艺设计一种高频自适应OTA-C型连续时间带通滤波器。并着重研究了其设计实现的关键问题。主要工作为以下两个方面:（1）设计实现了一种高频OTA-C型双二阶带通滤波器。首先,本文介绍了高阶OTA-C型双二阶带通滤波器结构,分析了跨导放大器与积分电容的非理想效应对高频率OTA-C型滤波器产生的影响。然后给出了一种互补型源极退耦差分运算跨导放大器结构,并详细讨论了其跨导非线性的频率相关特性。最后,基于该跨导放大器,实现了一种高频OTA-C型双二阶带通滤波器。仿真结果表明:电源电压1.8V时,滤波器中心频率可在100MHz附近调谐,品质因数亦可调谐。输入信号100MHz,输出信号峰值180mV时,三阶交调失真为-41dB。（2）使用基于锁相环结构的OTA-C带通滤波器频率自适应技术,解决了高频OTA-C型带通滤波器频率随工艺条件,环境温度变化而出现较大偏差的问题。在自适应模块的设计部分,本文着重讨论了跨导放大器的非理想性对频率自适应电路中主从滤波器之间匹配精度的影响以及其对滤波器频率自适应精度的影响。在此基础上,完成了负阻限幅型OTA-C压控振荡器以及频率自适应模块中其它单元电路的设计。通过对整体高频自适应OTA-C型带通滤波器仿真验证。仿真结果表明,在典型工艺下,温度在-20℃到120℃范围内变化时,高频自适应OTA-C双二阶有源带通滤波器中心频率相对偏差可以控制在±0 .4%以内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状与发展
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 第2章 高频OTA-C型双二阶带通滤波器设计
• 2.1 高频OTA-C双二阶带通滤波器结构
• 2.1.1 理想OTA-C双二阶带通滤波器结构
• 2.1.2 高频OTA-C型双二阶带通滤波器的非理想效应
• 2.2 全差分运算跨导放大器（OTA）及共模反馈设计
• 2.2.1 源极退耦型全差分OTA性能分析
• 2.2.2 互补型源极退耦全差分运算跨导放大器设计
• 2.2.3 跨导调谐单元及共模反馈单元设计
• 2.2.4 仿真结果
• 2.3 PTAT电流产生电路设计
• 2.3.1 PTAT电流产生电路
• 2.3.2 启动电路设计
• 2.3.3 仿真结果
• 2.4 高频OTA-C型双二阶Q增强带通滤波器设计
• 2.4.1 高频OTA-C型双二阶Q增强带通滤波器
• 2.4.2 高频OTA-C型双二阶带通滤波器仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 高频自适应OTA-C型带通滤波器中频率自适应单元设计
• 3.1 基于锁相环主从式频率自适应原理
• 3.2 OTA-C型压控振荡器与主从滤波器匹配分析
• 3.3 OTA-C型压控振荡器设计
• 3.3.1 OTA-C型压控振荡器及其负阻限幅设计
• 3.3.2 仿真结果
• 3.4 电荷泵锁相环S域线性模型
• 3.5 自适应单元环路中分频器及鉴频鉴相器设计
• 3.5.1 自适应单元环路中分频器设计
• 3.5.2 自适应单元环路中鉴频鉴相器设计
• 3.6 自适应单元中电荷泵及环路滤波器的设计
• 3.6.1 电荷泵与环路滤波器参数确定与电路实现
• 3.6.2 仿真结果
• 3.7 频率调谐单元与高频OTA-C带通滤波器频率自适应仿真
• 3.8 本章总结
• 第4章 高频自适应OTA-C型带通滤波器版图设计
• 4.1 版图布局与匹配设计
• 4.2 噪声隔离与寄生参数考虑
• 4.3 整体版图
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢