ZigBee低中频接收机中复数滤波器的设计

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随着无线通讯技术的飞速发展和便携式设备需求的增加,小型的短距离无线网络成为研究热点,这促使蓝牙、超宽带、ZigBee和无线局域网等短距离无线通信技术相继出现。其中ZigBee技术是功耗与成本最低的,此优势使其在近十年内迅速地发展起来,成为极具竞争力的短距离无线技术。本论文在对ZigBee射频无线接收机技术进行研究的基础上,提出了低中频接收机射频前端现实方案,重点对接收机系统中用于镜像抑制的低功耗复数滤波器进行了设计与芯片实现。并对目前主流调谐技术做了研究,提出了两种可行性方案,进行了核心电路的设计。   从接收机射频前端系统结构的特点出发,考虑到功耗、集成度、噪声之间的平衡,提出了低中频结构实现ZigBee接收机。从噪声与线性度两方面考虑,把系统性能指标合理地分配到了各个模块。从滤波器的函数类型、滤波器的转移函数和模拟滤波器分类等方面做考虑,提出了用级联巴特沃斯双二阶Gm-C滤波器的方法实现实数低通滤波器。   在具体分析了复数滤波器镜像抑制原理的基础上,提出了用线性频率转换的方法把低通滤波器在频域上移动,实现复数带通滤波器。并通过系统仿真得出了级联双二阶低通滤波器的级数。该复数滤波器用于窄带系统,工艺偏差会对滤波器的频率造成很大影响,需要进行频率调谐,因此提出了锁相环结构和积分器结构这两种调谐电路,并分别进行了系统结构设计。   复数滤波器的电路设计和芯片实现的难点在于系统低功耗、低噪声、高镜像抑制率的要求,在1.8V电源电压的前提下,电路中各个模块都采用尽可能简单的CMOS电路结构实现。为了实现通带平坦,采用了较低的品质因子;为了节约芯片面积,采用浮动电容技术使电容数目减半且每个电容的值也减半;在晶体管跨导设计时,使其值落在线性区中部,有利于频率调谐。此外,完成了环形振荡器类型的锁相环调谐电路和积分器结构的电容阵列调谐电路的具体电路设计,并得出了正确的仿真结果。   复数滤波器在中芯国际(SMIC)0.18μm1P6MRFCMOS工艺上完成了设计与流片并进行了测试,结果表明,该滤波器工作在1~3MHz频段上,中心频率为2MHz,带内增益为0dB,镜像抑制大于40dB。验证了设计的正确性,符合系统要求。
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