无线接收机中镜像抑制滤波器的设计与实现

论文摘要

镜像抑制滤波器作为无线通信系统射频前端电路中抑制镜像信号的重要模块，其设计直接影响到接收机对有用信号的处理效果和整个系统的接收性能。本论文研究的镜像抑制滤波器包括无源RC多相滤波器、有源多相滤波器以及兼备镜像抑制效果和频率选择特性的复数带通滤波器。本文所研究的镜像抑制滤波器是一个单片集成无线接收机研究的重要部分。本次工作的目标是实现能够工作在中高频段拥有高集成度、高效率、高镜像抑制比的镜像抑制滤波器。多相滤波器包括无源多相滤波器和有源多相滤波器。其中，无源多相滤波器采用RC架构，设计简单，易于实现，可以达到较高的镜像抑制比（IMRR），但是，多级级联时由于信号损耗需要在级间或者最终输出端加Buffer电路。有源多相滤波器采用有源器件和电容的架构，依据无源多相滤波器的原理，即通过移相相消的方法滤除镜像信号。具有低功耗、小的芯片面积、高信号增益的总体优势。由于每一级高的输入阻抗，有源滤波器避免了级联时的增益下降，不再需要Buffer电路，有效避免了大的功率损耗。本文设计的四级无源（有源）多相滤波器在30MHz60MHz的范围都可以获得-60dB的镜像抑制比（IMRR）。复数带通滤波器的主要用处是在无线接收机射频前端芯片中，选择通过复数信号的正频域（或负频域）部分，抑制掉负频域（或正频域）部分，实现镜像抑制和频率选择功能。本次研究工作的无源多相滤波器集成在无线接收机芯片中，采用TSMC-0.18微米工艺进行了流片验证。因此可以将镜像抑制滤波器放在整个接收机的通道中来测试。通过观察射频信号和镜像信号的增益差值，可以得出系统的镜像抑制比。测试结果达到-30dB，满足射频前端芯片的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 论文的研究意义
• 1.3 论文各部分的内容
• 第二章 无线接收机射频前端系统架构
• 2.1 无线接收机概述
• 2.2 超外差接收机
• 2.3 零中频接收机
• 2.4 低中频接收机
• 第三章 无源多相滤波器
• 3.1 无源多相滤波器的原理和结构
• 3.2 无源多相滤波器的应用及其仿真验证
• 3.2.1 无源多相滤波器的应用
• 3.2.1.1 平衡正交相位信号的产生
• 3.2.1.2 镜像抑制
• 3.2.2 无源多相滤波器应用的仿真验证
• 3.2.2.1 无源多相滤波器产生正交信号的仿真验证
• 3.2.2.2 无源多相滤波器镜像抑制的仿真验证
• 3.3 无源多相滤波器各种特性的研究
• 3.3.1 无源多相滤波器带宽特性的研究
• 3.3.2 无源多相滤波器结构匹配特性的研究
• 3.3.3 无源多相滤波器输出特性的研究
• 3.4 四级无源多相滤波器的设计与仿真
• 3.4.1 四级无源多相滤波器的电路设计与仿真
• 3.4.2 四级无源多相滤波器的版图设计与仿真
• 3.5 小结
• 第四章 有源多相滤波器
• 4.1 有源多相滤波器的原理
• 4.2 单级有源多相滤波器的电路设计与仿真
• 4.2.1 单级有源多相滤波器的电路设计
• 4.2.2 单级有源多相滤波器的电路仿真
• 4.3 恒定跨导偏置电路的设计
• 4.4 四级有源多相滤波器的设计与仿真
• 4.4.1 四级有源多相滤波器的电路设计与仿真
• 4.4.2 四级有源多相滤波器的版图设计与仿真
• 4.5 小结
• 第五章 GM-C 复数带通滤波器
• 5.1 有源连续时间滤波器的概述
• 5.2 GM-C 复数带通滤波器镜像抑制的原理
• 5.3 GM-C 复数带通滤波器的实现
• 5.4 小结
• 第六章 五阶 GM-C 复数带通滤波器的电路设计与仿真
• 6.1 跨导器
• 6.1.1 跨导器的概述
• 6.1.2 共源级差分对
• 6.1.3 跨导器的线性化技术
• 6.2 共模反馈电路的设计
• 6.3 可调源级电阻负反馈跨导器的电路设计及仿真
• 6.3.1 可调源级电阻负反馈跨导器的电路设计
• 6.3.2 可调源级电阻负反馈跨导器的仿真
• 6.4 五阶 GM-C 复数带通滤波器的电路设计
• 6.4.1 五阶 GM-C 复数带通滤波器整体电路的设计
• 6.4.2 五阶 GM-C 复数带通滤波器核心电路的设计
• 6.4.3 五阶 GM-C 复数带通滤波器调谐电路的设计
• 6.5 五阶 GM-C 复数带通滤波器的仿真验证
• 6.6 五阶 GM-C 复数带通滤波器的版图设计与仿真
• 6.7 小结
• 第七章 射频前端芯片的实现与镜像抑制比的测试
• 7.1 射频前端芯片的实现
• 7.2 测试平台的搭建
• 7.3 镜像抑制比的测试
• 7.4 测试结果及分析
• 7.5 小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果