Zigbee接收機(jī)中自動(dòng)調(diào)諧復(fù)數(shù)濾波器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、無線通信技術(shù)近年來發(fā)展迅速，出現(xiàn)了多種通信協(xié)議，如紅外、藍(lán)牙、NFC、Wi-F i以及Zigbee等。相對(duì)于其它協(xié)議，Zigbee協(xié)議是針對(duì)低速率無線個(gè)人局域網(wǎng)而開發(fā)的，具有低功耗、低成本、低速率、距離近和自組網(wǎng)的特點(diǎn)，在智能家居、工業(yè)監(jiān)控、醫(yī)用器械以及軍事等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在典型的無線接收機(jī)結(jié)構(gòu)中，如超外差、低中頻和零中頻等結(jié)構(gòu)，低中頻結(jié)構(gòu)接收機(jī)以其性能優(yōu)良和便于集成的特點(diǎn)而得到重視，但是低中頻接收機(jī)較其它結(jié)構(gòu)接收機(jī)卻存在著更為嚴(yán)

2、重的鏡像干擾問題。本文針對(duì)Zigbee低中頻接收機(jī)中鏡像抑制濾波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要的研究成果有以下幾部分：
　　1．對(duì)低中接收機(jī)中的鏡像干擾問題進(jìn)行了研究。在低中頻接收機(jī)前端采用正交混頻，可以有效地區(qū)分開有用信號(hào)和鏡像信號(hào)，但有用信號(hào)和鏡像信號(hào)卻鏡像分布在正負(fù)頻率軸上，由于傳統(tǒng)實(shí)數(shù)濾波器在正負(fù)頻率軸上具有對(duì)稱的頻率響應(yīng)，無法在允許有用信號(hào)通過的同時(shí)濾除鏡像信號(hào)。復(fù)數(shù)濾波器只在頻率軸的一側(cè)具有通帶，因此可以完成鏡像抑制作用

3、。Zigbee協(xié)議采用多信道通信，本文提出了采用有源RC復(fù)數(shù)濾波器同時(shí)完成鏡像抑制和信道選擇的方法。
　　2.對(duì)復(fù)數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。本文總結(jié)了兩種復(fù)數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)方法，一種是基于低通濾波器原型的頻率變換法，一種是基于一階復(fù)數(shù)濾波器節(jié)的級(jí)聯(lián)方法，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)這兩種方法，文中首先采用頻率變換法以一階低通濾波器為原型得到了一階有源RC復(fù)數(shù)濾波器，然后采用級(jí)聯(lián)方法，以一階復(fù)數(shù)濾波器為基本節(jié)得到了一款適用于Zigbe

4、e低中頻接收機(jī)的3階巴特沃斯型有源RC復(fù)數(shù)濾波器。得益于一階低通濾波器結(jié)構(gòu)十分簡單，上述同時(shí)采用兩種方法的設(shè)計(jì)過程非常適合手工設(shè)計(jì)。
　　3.對(duì)濾波器中核心運(yùn)放的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。運(yùn)放的非理想效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致有源濾波器的性能惡化，文中對(duì)運(yùn)放的兩種非理想效應(yīng)，有限增益帶寬積和轉(zhuǎn)換速率對(duì)濾波器頻率響應(yīng)特性的影響進(jìn)行重點(diǎn)分析。然后在折衷考慮了輸出擺幅，直流增益和帶寬的情況下，選擇兩級(jí)密勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一款高GBW高轉(zhuǎn)換的運(yùn)放。運(yùn)放的增益為85

5、.8dB，單位增益帶寬為157MHz，相位裕度為59.4°，輸入共模電壓范圍為0.2~1.28V，轉(zhuǎn)換速率為59.7V/μs。
　　4.對(duì)濾波器自動(dòng)頻率調(diào)諧電路進(jìn)行了研究。有源 RC復(fù)數(shù)濾波器的中心頻率和帶寬都是由電阻和電容的絕對(duì)值決定的，這些無源器件在實(shí)現(xiàn)時(shí)不可避免的會(huì)受到PVT的影響而產(chǎn)生偏移?；谥鲝恼{(diào)諧原理，本文設(shè)計(jì)了一款頻率檢測(cè)型自動(dòng)頻率調(diào)諧電路，自動(dòng)頻率調(diào)諧電路由模擬部分的環(huán)形振蕩器和數(shù)字部分的控制電路組成，調(diào)頻精度為

6、±1.25％之內(nèi)。
　　5.對(duì)自動(dòng)調(diào)諧3階有源 RC復(fù)數(shù)濾波器的性能進(jìn)行了仿真分析。濾波器采用TSMC0.18μm標(biāo)準(zhǔn)工藝庫設(shè)計(jì)，模擬部分版圖面積為1.3 mm×0.6 mm。在1.8V的電壓下，模擬部分電流功耗為2.8mA。整體仿真結(jié)果顯示，濾波器帶寬為3.09MHz，中心頻率位于2MHz處，具有24.1dB的鏡像抑制比，帶內(nèi)波紋小于0.1dB，相鄰信道抑制比和相間信道抑制比分別是29.8dB和49.5d B，符合Zigbee協(xié)