一种应用于无线传感网络的自校正有源RC复数滤波器

论文摘要

无线传感网络是一种由传感器节点组成的自适应网络，由于其在军事侦察、环境监控、医疗卫生、危险探测等领域的广泛应用而成为当今的热点。然而，无线传感器网络节点具备的无线传输、价格低廉、电池供电、环境复杂等特点，对其射频接收机模块提出了集成度高、功耗低、稳定性好的要求，这成为无线传感网络节点设计中的难点。在现今主流的接收机构架中，低中频接收机由于自身高集成、无直流漂移问题等优点被广泛采用，但镜像问题成为制约低中频接收机工作的重要因素。片上集成复数滤波器是能有效解决低中频接收机镜像抑制问题的电路模块，而高集成、高镜像抑制、低功耗的复数滤波器是一个难点。另外，随着集成电路工艺进步，片上滤波器的时间常数受到电阻电容工艺偏差的影响越来越大，极大地影响了滤波器的性能，而校正电路能有效补偿该工艺偏差的影响。本文设计与实现了一种自校正片上复数滤波器，选取有源RC的结构，并采用4阶巴特沃斯逼近。滤波器工作的中心频率为200kHz，3dB带宽为140kHz。后仿结果表明，中心频率镜像抑制比达到60dB，功耗仅为0.85mW。本文同时提出了一种应用于有源RC滤波器的RC时间常数自动校正装置，并进行了流片验证。该校正装置对滤波器的频域传输特性进行了校正，校正后，滤波器的中心频率，3dB带宽，镜像抑制比等指标后仿达到3%的相对误差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 复数滤波器及校正电路的研究现状
• 1.3 本论文的主要内容
• 1.4 本论文的结构安排
• 第2章 研究背景介绍
• 2.1 WSN 介绍
• 2.2 射频接收机构架
• 2.2.1 超外差接收机
• 2.2.2 零中频接收机
• 2.2.3 低中频接收机
• 2.2.4 游动中频接收机
• 2.2.5 超再生接收机
• 2.3 镜像抑制问题及其解决方法
• 2.3.1 镜像抑制问题
• 2.3.2 超外差接收机中镜像抑制问题的解决
• 2.3.3 零中频接收机中镜像抑制问题的解决
• 2.3.4 低中频接收机中镜像抑制问题的解决
• 2.3.5 其他镜像抑制问题解决方法
• 2.4 片上滤波器简介
• 2.4.1 Gm-C 滤波器和有源 RC 滤波器
• 2.4.2 多级滤波器逼近方式
• 2.4.3 复数滤波器
• 2.5 校正电路简介
• 2.5.1 校正目的
• 2.5.2 校正电路的分类
• 2.6 本章小结
• 第3章 4 阶巴特沃斯有源 RC 复数滤波器设计
• 3.1 应用系统和设计指标
• 3.1.1 应用系统
• 3.1.2 设计指标
• 3.2 设计方法选择：Gm-C 滤波器和有源 RC 滤波器
• 3.3 滤波器结构和设计
• 3.3.1 单级复数滤波器设计
• 3.3.2 多级滤波器设计
• 3.3.2.1 多级滤波器级联原型选择
• 3.3.2.2 多级滤波器级级数选择
• 3.3.2.3 多级滤波器极点计算
• 3.3.3 运算放大器设计
• 3.3.4 滤波器中的其他设计
• 3.4 滤波器前仿结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 校正电路设计
• 4.1 校正方式的选择
• 4.2 校正电路的设计
• 4.2.1 校正电路的设计思路
• 4.2.2 校正电路的系统框图
• 4.2.3 校正电路的模拟模块
• 4.2.4 校正电路的数字模块
• 4.2.5 校正电路的电源时钟控制模块
• 4.2.6 校正电路的创新点
• 4.3 校正电路的仿真结果
• 4.4 关于校正电路的改进
• 4.5 本章小结
• 第5章 版图设计及后仿测试
• 5.1 版图设计
• 5.2 后仿结果
• 5.2.1 滤波器的后仿结果
• 5.2.2 校正电路的后仿结果
• 5.3 滤波器及校正电路的测试
• 5.3.1 测试方案
• 5.3.2 测试结果
• 5.3.2.1 校正前滤波器测试结果
• 5.3.2.2 校正后滤波器测试结果
• 5.3.2.3 高增益档滤波器测试结果
• 5.4 与其他文章结果比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果