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无线数字通信系统的迅猛发展激发了射频收发芯片设计的热潮,使得射频前端芯片设计向小型化、低成本、低功耗的CMOS单片集成方向发展。单片射频接收机中的有源连续时间集成滤波器一直是工业界和学术界研究的热点,而基于高带宽,高灵活性通信系统的射频接收机以及逐渐兴起的多标准多模射频接收机又对频道选择集成滤波器提出了更新更高的要求。随着电源电压的降低和线性度的严格要求,基于CMOS工艺的连续电压控制的可变增益放大器也是射频集成电路领域的热点。
论文深入研究了低功耗高阶OPAM-RC、Gm-C集成模拟滤波器以及相应的自动调谐方式,并且深入研究了低压低功耗高线性度可变增益放大器以及可变增益放大器的增益补偿电路。论文的主要创新性成果如下:
1、本论文设计了高线性度低功耗8阶低通滤波器,并提出了一种巧妙的带宽锁定系统,此锁定系统具有结构简洁、可靠性高、功耗低等优点,并且在锁定完成后此锁定系统可以设置为关闭,减小了系统的功耗。经过流片测试:在各种工艺和温度偏差下,滤波器的带宽可以精确锁定在5％的带宽偏差内。
2、提出了一种低电压、低功耗、高线性度可变增益放大器的设计思想,此类电路适用于低成本的CMOS工艺,通过数模转换器控制增益,不需要额外的温度补偿电路。线性度、功耗、电源电压等关键指标大大优于其他结构的可变增益放大器。
3、本文提出了一种基于锁相环技术的OPAM-RC滤波器锁定系统,锁定系统融入了有源积分器。有源积分器的布局和使用的元器件与主滤波器相同,相对于基于RC充放电结构的锁定系统,此种结构可以达到更好的匹配,提高了锁定精度。
4、针对Gm-C滤波器,本论文设计了一种新颖的基于锁相环(PLL)的带宽锁定方法,锁定电路使用的幅度可以自动稳定的压控振荡器(VCO),避免了振荡幅度过大影响锁定精度。本文研究设计的6阶低通滤波器正是运用这种调谐方法实现了带宽的精准调谐。这种调谐思路广泛适用于任何其它窄带、低Q值的滤波器设计。
5、针对应用于接收与发送链路的离散可变增益放大器,本文提出了一种随负载变化而增益保持不变的可变增益放大器,增益的匹配度很高,在不同的温度和工艺下,不同样本VGA的增益误差在0.2dB以内。
论文的研究成果成功应用于WLAN和CMMB(中国多媒体移动电视)系统中。本论文对其他无线通信系统模拟基带电路的设计具有很好的指导意义,设计的电路考虑了集成电路发展的趋势,具有较好的商业价值和技术前瞻性。