论文部分内容阅读
随着芯片工艺技术和电路设计技术的进步,CMOS晶体管开关的性能提升、无电感信号通路实现、数字电路处理能力增强,这使设计可编程射频收发芯片成为可能。滤波技术是可编程射频收发芯片的关键技术与难点之一。为了满足各种通信协议的需求,芯片基带滤波器的最大调谐带宽要大于20MHz,带宽调谐范围要大于100倍,同时还要具有增益调节的能力。在缺少片外高性能滤波器的情况下,片上滤波器在可调信道带宽的范围内需要拥有80dB的带外信号抑制能力。本论文围绕可编程射频收发芯片中的滤波技术进行了研究,主要研究内容包括:(1)从可编程射频收发芯片的系统与架构设计入手,分析了收发链路对各级滤波器的指标要求,给出了滤波器组中各级滤波器的基本设计指标;(2)研究了模拟有源RC低通滤波器的设计原理,对模拟基带滤波器中非理想运算放大器的影响进行了详细的分析,通过推导通带波纹与运放GBW和PM的关系,对模拟滤波器级联设计法进行了改进,使之适用于带宽与功耗折中的边界条件。利用改进的级联设计法对收发通路的四个模拟基带滤波器进行了电路设计,并完成了版图设计与仿真,其中的接收通路模拟基带滤波器,带宽调谐范围为200kHz-39.2MHz,达到196倍,带宽步进小于1.5dB,单极点功耗为4.9mW,增益调节范围0-33dB。利用该设计方法设计的滤波器指标远超相关文献的设计结果;(3)针对传统主从式的滤波器带宽校准电路功耗和面积较大的问题,设计了一种数字的带宽校准环路,在信号通路上利用采样电平计算单极点滤波电路时间常数的方法实现了滤波器带宽校准的功能,通过两次校准结果的运算,消除了信号传输延迟造成的带宽校准误差。相比于主从式带宽校准电路,该环路减少了约25%滤波器版图面积与功耗;(4)从Sigma-Delta调制器入手,分析了其对数字抽取和插值滤波器组的需求,研究了数字滤波器设计的基本原理,讨论了适用于抽取和插值滤波器组的数字滤波器实现结构,利用MATLAB软件完成了数字抽取滤波器组和数字插值滤波器组的设计;本论文最后对所设计的接收滤波链路进行了建模验证。结果表明,接收滤波链路实现了100kHz-28MHz、280倍的带宽调谐范围。在LTE1.4的应用场景下,通带频率0.63MHz,阻带频率0.77MHz,通带波纹0.025dB,阻带抑制80.21dB;在LTE20的应用场景下,通带频率9MHz,阻带频率11MHz,通带波纹0.063dB,阻带衰减80.39dB。设计指标满足各通信协议的需求,可应用于可编程射频收发芯片。