应用于卫星导航射频芯片的中频滤波器研究

论文摘要

连续时间滤波器是模拟滤波器的一种。它具有工作在连续时间这一重要特性,所以连续时间滤波器被广泛应用于通信、视频信号处理、计算机存储系统、电阻测量、自动控制等领域,尤其是在数模混合信号和集成电路中有着重要的应用。OTA-C结构的连续时间滤波器具有良好的高频性、极强的电路综合能力和CMOS工艺的可兼容性,被广泛应用于大规模集成电路中。本文以我国北斗二代卫星导航接收机为课题背景,对OTA-C模拟集成滤波器进行系统的研究。不同于GPS接收机窄带中频滤波器,北斗二代卫星接收机中频滤波器为宽带带通滤波器。所以本文的主要目标是设计功耗低、可集成的“北斗”中频宽带带通滤波器。主要工作是通过研究OTA-C有源滤波器,基于“北斗”接收机基带芯片所需的中频信号特性,确定接收机中频滤波器性能要求。最后采用TMIC 0.18μm CMOS工艺设计了一款适合于“北斗”系统卫星导航接收机的高带宽中频带通滤波器。论文首先给出课题研究背景和选题意义,介绍集成有源滤波器发展历程和研究现状。然后给出了CMOS跨导运算放大器的基本概念、基本应用和几种CMOS跨导运算放大器结构,并提出了本课题所采用的OTA结构电路。详细说明了二阶和高阶OTA-C结构滤波器的设计方法,并给出了相应的设计实例,重点阐述了一款适合于卫星接收机的宽带中频滤波器设计实例。ADS仿真结果表明:该OTA-C滤波器的功能和性能满足北斗二代卫星接收机中频滤波器需求。最后,针对滤波器在制造容差,工艺变化,温度漂移以及器件老化影响下,发生频率漂移的问题,给出了几种频率调谐方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及其研究意义
• 1.2 滤波器概述
• 1.2.1 离散时间滤波器
• 1.2.2 连续时间滤波器
• 1.3 跨导-电容滤波器研究现状
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 跨导运算放大器设计及应用
• 2.1 跨导运算放大器设计
• 2.1.1 跨导运放基本概念
• 2.1.2 运算放大器性能指标
• 2.1.3 基本型CMOS跨导运算放大器
• 2.1.4 改进后CMOS跨导运算放大器
• 2.2 设计实例
• 2.2.1 跨导单元结构设计
• 2.2.2 共模电路设计
• 2.3 跨导运算放大器的应用
• 2.3.1 模拟电阻
• 2.3.2 增益可控放大器
• 2.3.3 回转器
• 2.3.4 压控模拟电感
• 2.3.5 运算电路
• 2.4 本章小结
• 第三章 OTA-C滤波器结构及设计
• 3.1 滤波器转移函数
• 3.2 二阶OTA-C滤波器设计
• 3.2.1 单元电路信号流图设计
• 3.2.2 二阶滤波器信号流图法
• 3.2.3 一种通用OTA-C双二阶电路
• 3.3 高阶OTA-C滤波器设计
• 3.3.1 LC梯形电路法
• 3.3.2 多环反馈法
• 3.3.3 级联法
• 3.4 设计实例
• 3.4.1 全集成低通有源滤波器设计
• 3.4.2 全集成高通有源滤波器设计
• 3.4.3 应用于卫星接收机中频滤波器电路设计
• 3.5 滤波器仿真结果分析
• 3.5.1 OTA跨导电路系统仿真分析
• 3.5.2 滤波器电路系统仿真分析
• 3.6 滤波器设计步骤
• 3.7 本章小结
• 第四章 滤波器调谐系统
• 4.1 PLL调谐方式
• 4.1.1 VCO谐振条件
• 4.1.2 限幅方法
• 4.2 单积分器调谐方式
• 4.3 开关电容调谐方式
• 4.3.1 开关电容自适应调谐
• 4.3.2 开关电容阵列调谐
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结及展望
• 5.1 工程应用前景
• 5.2 论文研究工作总结
• 5.3 本课题工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果