应用于WIA（工业无线传感网）的模拟中频模块关键技术的研究

【摘要】WirelessSensorNetworkforIndustrialApplication(WIA)是我国的工业无线网络技术体系，能够适应复杂工业环境和满足苛刻工业需求。应用在WIA中的接收机需要高灵敏度大动态范围，这对其模拟中频设计提出了严格的要求。本文中的模拟中频电路主要包括Gm-C低通滤波器、Gm-C复数带通滤波器和可编程增益放大器(PGA)三部分组成。其中Gm-C低通滤波器以5阶巴特沃兹滤波器为原型，由元件模拟得到有源滤波器，Gm-C复数带通滤波器以3阶巴特沃兹低通滤波器和频率搬移技术得到复数带通滤波器功能，也由元件模拟得到有源滤波器。滤波器均采用了共用共模反馈电路的技术以降低功耗。PGA为四级增益单元级联结构，第一二级为固定增益级，第三四级为可变增益级。每个增益单元采用了开环结构以降低功耗。为了提高线性度，所设计的Gm-C滤波器均采用了交叉耦合的源级负反馈技术，以及改进的滤波器系统架构。为了使PGA各个档位的带宽都达到4MHz以上，PGA采用了源级负反馈电阻并联电容的结构。PGA的共模取样方式采用电阻平衡取样，使增益近似为共模取样电阻和源级负反馈电阻的比值，提高了增益精确度。本次集成电路设计依据TSMC18RFCMOS1P6M工艺设计规则，所设计的集成模拟中频电路芯片版图面积为1410μm×2060μm。仿真结果表明：Gm-C低通滤波器的带宽修调范围为1.75MHz到5.64MHz，覆盖信号带宽2.0MHz，NF为24.72dB，IIP3为13.8dBm；Gm-C复数带通滤波器的带宽修调范围为0.44MHz到2.96MHz，覆盖信号带宽0.5MHz到2.0MHz，2.0MHz带宽时NF为24.84dB，IIP3为13.0dBm。PGA增益动态范围为0dB-62.9dB，误差小于0.5dB，最大增益时的NF为23.32dB，最小增益时的IIP3为18.3dBm。对模拟中频电路进行整体仿真时，在输入Vpp=50mV，输出Vpp=600mV情况下，IM3为58.0dB/62.0dB，基本满足系统要求。
【作者】杨小龙；
【导师】张海鹏；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，集成电路工程，2014，硕士
【关键词】WIA；模拟中频；Gm-C低通滤波器；Gm-C复数带通滤波器；PGA；

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