应用于WSN节点的低电压低功耗滤波器的设计

发布时间：2024-03-02 15:30

　　无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是由大量的廉价微型传感器节点组成,并通过无线通信方式形成的一个网络,它可以监控区域内的物理或环境信息。如何提高能量利用效率是当前WSN应用的主要研究问题。随着集成电路工艺的发展,WSN大部分能量消耗集中在射频收发芯片。低通滤波器和复数带通滤波器作为射频收发芯片中重要的模块,降低滤波器的功耗对整个系统具有重大的意义。本文采用0.18μm CMOS工艺分析和设计了一种适用于无线传感器网络节点中射频收发芯片的低电源电压低功耗的模拟低通滤波器和复数带通滤波器。低通滤波器结构为四阶巴特沃斯Gm-C滤波器,采用低功耗二阶Gm-C滤波器单元级联而成,其偏置电路提供正温度系数的偏置电流,使滤波器的跨导在温度变化时保持稳定。复数带通滤波器采用四阶Gm-C滤波器结构。频率搬移跨导采用全差分的结构,并使用工作在线性区MOS管作为源级退化电阻来拓宽跨导的线性范围。另外,本文采用自动频率调谐电路来消除温度和工艺角对复数带通滤波器幅频特性的影响,使滤波器的幅频特性在-50～80℃的温度范围内保持稳定。低通滤波器测试结果显示,它的工作电流为5...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 滤波器发展历程和研究现状
    1.3 研究内容与设计指标
    1.4 论文组织结构
第2章 滤波器基础知识
    2.1 信号的时域与频域
    2.2 滤波器的分类
        2.2.1 有源滤波器和无源滤波器
        2.2.2 采样数据滤波器
        2.2.3 连续时间滤波器
    2.3 滤波器的衡量指标参数
    2.4 滤波器的逼近方式
        2.4.1 巴特沃斯滤波器
        2.4.2 切比雪夫滤波器
        2.4.3 椭圆滤波器
        2.4.4 贝塞尔滤波器
    2.5 本章小结
第3章 低电压低功耗低通滤波器的设计
    3.1 滤波器理论计算
    3.2 滤波器结构设计
        3.2.1 有源RC结构一
        3.2.2 有源RC结构二
        3.2.3 Gm-C结构一
        3.2.4 Gm-C结构二
        3.2.5 四种结构对比
    3.3 低功耗低通滤波器的电路设计
        3.3.1 四阶低通滤波器设计
        3.3.2 偏置电路的设计
        3.3.3 输出缓冲器的设计
    3.4 低通滤波器的前仿真
    3.5 低通滤波器版图设计和后仿真
        3.5.1 版图设计规则
        3.5.2 CMOS工艺中常规问题
        3.5.3 低通滤波器版图
        3.5.4 低通滤波器后仿真
    3.6 低通滤波器芯片测试
        3.6.1 低通滤波器芯片引脚说明
        3.6.2 测试仪器
        3.6.3 直流电位与功耗测试
        3.6.4 幅频特性与瞬态测试
        3.6.5 低通滤波器测试结果总结
    3.7 本章小结
第4章 低电压低功耗复数带通滤波器的设计
    4.1 复数带通滤波器的设计
        4.1.1 低通到复数带通的转换原理
        4.1.2 复数带通滤波器的电路设计
        4.1.3 频率搬移跨导的设计
    4.2 自动调谐电路的设计
        4.2.1 自动调谐原理
        4.2.2 压控振荡器的设计
        4.2.3 调谐电路仿真
    4.3 复数带通滤波器的前仿真
    4.4 复数带通滤波器的版图设计和后仿真
        4.4.1 复数带通滤波器的版图设计和后仿真
        4.4.2 复数带通滤波器的后仿真
    4.5 复数带通滤波器芯片测试
        4.5.1 复数带通滤波器芯片引脚说明和测试所用仪器
        4.5.2 数字调谐电路测试
        4.5.3 直流电位与功耗测试
        4.5.4 描点法绘制幅频特性
        4.5.5 复数带通滤波器测试结果总结
    4.6 本章小结
第5章 总结和展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3917024