多模多频无线发射机可编程镜频抑制滤波器设计

论文摘要

仰赖于深亚微米CMOS工艺的日渐发展,单片全集成射频无线发射机已然成为芯片设计领域最富有挑战的一项研究。为了适应当今多种无线协议并存的环境,多模式多频段发射机在市场的呼唤中被推到了科研前线。作为发射机中不可或缺的一环,模拟基带滤波器一直受到国内外电路设计者们的热切关注。而随着零中频结构日趋成为多模多频发射机的主流方案,其中的滤波器必须具有截止频率可调谐的功能,而且需要在各截止频率均能分别满足相应协议的指标要求。本论文对适应UHF RFID, GSM, TD-SCDMA和802.11 a/b/g通信协议的无线多模发射机镜频抑制滤波器展开研究。取得以下结果：1.文章指出了滤波器会影响到发射机调制精度和临近信道功率。计算获得了各模式下滤波器需要的衰减指标,以及满足多模运用所需要达到的最低要求。2.根据零中频发射机架构的特点,采用了一种可用于无线多模发射机的双四阶巴特沃斯低通滤波器结构。在电路设计上,使用有源电阻电容结构。通过级联两个四阶滤波器,电路在设计复杂度上得到简化,衰减度则保持在40dB以上。3.设计了一款在1pF负载时增益带宽积为356.8MHz,直流增益为67.5dB的运算放大器,有效控制了滤波器线性度在高截止频率时的恶化。同时完成了一款4.8GHz增益带宽积的前馈补偿运放,使截止频率处纹波缩小为原来的10%,仅为0.3dB。4.完成了滤波器的版图设计,版图核心电路（core）面积为0.5355mm2。构建了此次芯片的完整测试方案。测试结果显示,滤波器在1.5V电源电压下消耗7mA电流,切换带宽范围从1.8MHz到14.62MHz,在最高截止频率时测得线性度达到11dBm,两倍截止频率处衰减43dB。可以满足多模多频应用的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1. 研究背景
• 1.2. 低通滤波器国内外研究现状
• 1.3. 论文的研究内容和贡献
• 1.4. 论文的组织结构
• 第二章 低通滤波器指标的系统分析
• 2.1. 多模多频收发机架构
• 2.2. 发射机关键指标
• 2.2.1. 调制精度
• 2.2.2. 邻近信道功率
• 2.3. 各标准对于LPF的指标要求与分析
• 2.3.1. TD-SCDMA标准对LPF的衰减要求
• 2.3.2. UHF RFID标准对LPF的衰减要求
• 2.3.3. 900MHz E-GSM标准对LPF的衰减要求
• 2.3.4. 802.11 a/b/g标准对LPF的衰减要求
• 2.4. 多模镜频抑制LPF的最终指标
• 第三章 双四阶级联多路反馈低通滤波器设计
• 3.1. Active-RC滤波器拓扑结构
• 3.1.1. Sallen-Key结构
• 3.1.2. Tow-Thomas结构
• 3.1.3. 多路反馈结构
• 3.2. Butterworth双四阶级联低通滤波器设计
• 3.2.1. 滤波器阶数选择
• 3.2.2. 截止频率切换
• 3.3. 运算放大器设计
• 3.3.1. 增益带宽积
• 3.3.2. 直流增益
• 3.3.3. 输入共模范围
• 3.3.4. 频率响应
• 3.3.5. 压摆率
• 3.3.6. 噪声
• 3.3.7. 共模反馈
• 3.3.8. 输出级
• 3.4. 运算仿真性能
• 3.5. 滤波器后仿真性能
• 3.6. 改进型前馈补偿运放设计
• 3.6.1. 输出缓冲级设计
• 3.6.2. 改进型运放仿真性能
• 第四章 芯片的实现和测试
• 4.1. 芯片版图设计
• 4.1.1. LPF版图与芯片实现
• 4.1.2. ESD静电防护
• 4.1.3. 管脚设置
• 4.2. 测试电路设计
• 4.2.1. 电源和共模电平模块
• 4.2.2. 信号输入模块
• 4.2.3. 信号输出模块
• 4.2.4. 截止频率切换模块
• 4.2.5. 整体测试电路
• 4.3. LPF测试结果
• 4.3.1. 直流测试
• 4.3.2. 瞬态特性测试
• 4.3.3. 幅频响应与群时延测试
• 4.3.4. 三阶交调测试
• 4.3.5. 噪声测试
• 4.3.6. 测试结果汇总
• 第五章 总结与展望
• 5.1. 成果总结
• 5.2. 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的论文发表与专利申请情况
• 致谢