高性能CMOS濾波器的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，無線射頻接收機已經(jīng)成為人們研究的熱點之一。作為無線射頻接收機前端中起信道選擇和濾波作用的濾波器是系統(tǒng)中核心模塊之一。濾波器的性能不僅直接影響著無線射頻接收機的性能，而且還關(guān)系著最終產(chǎn)品的制造成本、功耗和尺寸。因此，為了滿足射頻芯片低成本和高性能的要求，采用CMOS工藝來實現(xiàn)單片集成的低功耗、高線性度濾波器的設(shè)計就顯得十分重要。
　　本論文對高性能的跨導(dǎo)運算放大器(Gm)電路以及高階Gm-C有源濾波器的設(shè)計理

2、論、設(shè)計方法和實現(xiàn)過程進行了深入研究。首先，從有關(guān)濾波器的基本理論知識出發(fā)，總結(jié)了濾波器的不同分類，對比分析了濾波器的多種近似函數(shù)和綜合方法的優(yōu)缺點，確定了本文的濾波器結(jié)構(gòu)，并分析了濾波器的主要性能指標(biāo)和總結(jié)了濾波器的一般設(shè)計步驟。然后，對比分析了源級退化結(jié)構(gòu)、帶輔助源耦對結(jié)構(gòu)和交叉耦合差分對結(jié)構(gòu)等幾種提高跨導(dǎo)放大器線性范圍技術(shù)的優(yōu)缺點，提出了一種基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器(flipped voltage follower，F(xiàn)VF)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的低

3、功耗高線性的高性能跨導(dǎo)放大器，并對其具體實現(xiàn)電路的工作原理進行了詳細的理論分析，同時運用仿真軟件對電路的驗證結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)電路在功耗和線性度方面都有較好性能。最后，綜合系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，利用本文所設(shè)計的高性能跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)，采用雙二階級聯(lián)電路綜合的方法，通過對雙二階結(jié)構(gòu)的非理想效應(yīng)的優(yōu)化和雙二階級聯(lián)順序的考慮，設(shè)計了一款低功耗高線性的高性能六階巴特沃斯Gm-C低通濾波器。同時，采用固定跨導(dǎo)值和開關(guān)電容陣列的方法實現(xiàn)了濾波器截止頻率之間的

4、變換。
　　采用SMIC 0.18μm CMOS工藝，在Cadence中完成了濾波器整體電路設(shè)計和版圖繪制，并對整個濾波器電路進行了模擬仿真，得到了較好的性能。所設(shè)計濾波器能夠穩(wěn)定實現(xiàn)增益為0dB時的70K、140K和210K多種頻段之間變換，其截止頻率誤差控制在±2％以內(nèi)，鄰道抑制大于32dB，IIP3大于22.6dBm，輸入噪聲小于1.66μV/sqrt(Hz)，在1.8V電源電壓下消耗的功耗為1.37mW，滿足了系統(tǒng)的多頻帶