高线性Gm-C复数滤波器的研究与设计
发布时间：2021-12-31 10:54
近年来,无线通信技术和半导体技术的飞速发展,使得各种小型化低成本的无线通信设备慢慢融入并逐渐改变着我们的生活。在无线通信网络中,射频收发机作为该系统接收和发射信息的关键模块,决定着无线通信系统的性能。而复数滤波器作为射频收发系统的关键模块,提高复数滤波器性能对与提升射频收发系统的性能具有重要意义。论文在传统实数滤波器电路的基本理论学习基础上,研究与学习了复数滤波器的基本概念及其重要的性能指标。针对Gm-C滤波器的线性度较低,以及现代无线收发机对低功耗、低成本和高集成的要求越来越高,设计了两款应用于低中频接收机中的高线性Gm-C复数滤波器。主要工作和创新如下:（1）跨导放大器是Gm-C复数滤波器的核心模块,其线性度影响整个复数滤波器的性能。针对传统跨导运放开环工作线性度低的缺点,本文提出了一款高线性跨导放大器,通过使用源极负反馈电阻、交叉耦合和自适应偏置等线性化技术扩大跨导放大器的输入范围、降低三阶失真来提高线性度。基于该跨导放大器,设计了一款级联双二阶高线性Gm-C复数滤波器。设计基于UMC 110nm CMOS工艺,Cadence仿真结果表示在1.2V电源电压下,其中心频率为4MHz...
【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三阶输入互调点2.4.3提高线性度的方法
第3章基于高线性OTA的复数滤波器设计243.1.3跨导放大器的仿真结果（1）AC仿真本文设计的跨导运算放大器，采用UMC（联华电子）110nmCMOS技术的器件模型设计，跨导放大器采用1.2V电压供电，使用cadencespectre工具进行仿真验证，其AC仿真结果如图3.5所示。图3.5跨导放大器AC仿真结果从图3.5中上半部分为直流增益仿真，下半部分为相位仿真，由图可得该跨导放大器的直流增益40dB，单位增益带宽（GBW）为125MHz。为了避免系统振荡，跨导运放在设计时要求相位裕度最小为45°，最合适的相位裕度为60°，由图3.5可知本文设计的跨导放大器相位为49°，确保了跨导放大器的稳定。（2）跨导放大器线性化仿真为了验证本文提出的跨导放大器的线性化技术性能，选取了普通差分对跨导放大器、使用源极退化电阻和交叉耦合线性化技术的跨导放大器和本文提出的跨导放大器进行对比验证，结果如图3.6所示。为了获得公平准确的结果，文章将三种跨导放大器的跨导值设定为100uS，从图3.6显示了三种跨导放大器跨导值随输入差分电压变化的关系图，可以看出本文提出的跨导放大器拥有
第3章基于高线性OTA的复数滤波器设计25更大的线性输入范围，线性度明显优于其他配置。图3.6跨导放大器线性化仿真结果3.2低通滤波器的设计和仿真3.2.1低通滤波器的设计方法从第2章复数滤波器的概述中我们知道，复数滤波器可以通过频移低通滤波器形成。因此在设计复数滤波器之前我们应该先设计对应的低通滤波器。Gm-C低通滤波器常用的设计方法有两种：（1）LC梯形网络替代法该方法是以无源LC梯形网络为基础，用集成有源电路代替无源LC滤波器中的电阻和电感[23]。这种方法的优势是设计的滤波器灵敏度较低，因为其内部存在许多负反馈环，使得它对器件参数变化的敏感度下降，是高质量集成滤波器设计采用的主要结构之一。V1RRL1L2C1C2图3.7导放大器线性化仿真结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高线性Gm-C复数滤波器的设计[J]. 陈凯文,宋树祥,蒋品群. 电子元件与材料. 2020(03)
[2]一种应用高线性度OTA的具有宽调节范围的Gm-C滤波器（英文）[J]. 刘银齐,叶茂,张扬,赵公元,赵毅强. 南开大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]一种低功耗线性范围宽的跨导放大器及其在滤波器中的应用[J]. 郭小蓉,李安,王春华,孙晶茹,何海珍,李志斌. 电路与系统学报. 2013(02)
[4]蓝牙接收机中镜像信号的抑制[J]. 崔福良,马德群,黄林,洪志良. 半导体学报. 2005(01)
硕士论文
[1]高线性度接收机中频复数滤波器的研究与设计[D]. 陈佳炜.上海交通大学 2017
[2]射频接收机用高线性宽带Gm-C带通滤波器的研究与设计[D]. 王权.西安理工大学 2016
[3]可调谐高线性Gm-C复数滤波器设计[D]. 周明杰.东南大学 2015
本文编号：3560129
【文章来源】：广西师范大学广西壮族自治区
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三阶输入互调点2.4.3提高线性度的方法
第3章基于高线性OTA的复数滤波器设计243.1.3跨导放大器的仿真结果（1）AC仿真本文设计的跨导运算放大器，采用UMC（联华电子）110nmCMOS技术的器件模型设计，跨导放大器采用1.2V电压供电，使用cadencespectre工具进行仿真验证，其AC仿真结果如图3.5所示。图3.5跨导放大器AC仿真结果从图3.5中上半部分为直流增益仿真，下半部分为相位仿真，由图可得该跨导放大器的直流增益40dB，单位增益带宽（GBW）为125MHz。为了避免系统振荡，跨导运放在设计时要求相位裕度最小为45°，最合适的相位裕度为60°，由图3.5可知本文设计的跨导放大器相位为49°，确保了跨导放大器的稳定。（2）跨导放大器线性化仿真为了验证本文提出的跨导放大器的线性化技术性能，选取了普通差分对跨导放大器、使用源极退化电阻和交叉耦合线性化技术的跨导放大器和本文提出的跨导放大器进行对比验证，结果如图3.6所示。为了获得公平准确的结果，文章将三种跨导放大器的跨导值设定为100uS，从图3.6显示了三种跨导放大器跨导值随输入差分电压变化的关系图，可以看出本文提出的跨导放大器拥有
第3章基于高线性OTA的复数滤波器设计25更大的线性输入范围，线性度明显优于其他配置。图3.6跨导放大器线性化仿真结果3.2低通滤波器的设计和仿真3.2.1低通滤波器的设计方法从第2章复数滤波器的概述中我们知道，复数滤波器可以通过频移低通滤波器形成。因此在设计复数滤波器之前我们应该先设计对应的低通滤波器。Gm-C低通滤波器常用的设计方法有两种：（1）LC梯形网络替代法该方法是以无源LC梯形网络为基础，用集成有源电路代替无源LC滤波器中的电阻和电感[23]。这种方法的优势是设计的滤波器灵敏度较低，因为其内部存在许多负反馈环，使得它对器件参数变化的敏感度下降，是高质量集成滤波器设计采用的主要结构之一。V1RRL1L2C1C2图3.7导放大器线性化仿真结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种高线性Gm-C复数滤波器的设计[J]. 陈凯文,宋树祥,蒋品群. 电子元件与材料. 2020(03)
[2]一种应用高线性度OTA的具有宽调节范围的Gm-C滤波器（英文）[J]. 刘银齐,叶茂,张扬,赵公元,赵毅强. 南开大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]一种低功耗线性范围宽的跨导放大器及其在滤波器中的应用[J]. 郭小蓉,李安,王春华,孙晶茹,何海珍,李志斌. 电路与系统学报. 2013(02)
[4]蓝牙接收机中镜像信号的抑制[J]. 崔福良,马德群,黄林,洪志良. 半导体学报. 2005(01)
硕士论文
[1]高线性度接收机中频复数滤波器的研究与设计[D]. 陈佳炜.上海交通大学 2017
[2]射频接收机用高线性宽带Gm-C带通滤波器的研究与设计[D]. 王权.西安理工大学 2016
[3]可调谐高线性Gm-C复数滤波器设计[D]. 周明杰.东南大学 2015
本文编号：3560129
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