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基于谐波抑制和抗谐波混叠的N通道滤波器研究与设计

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基于谐波抑制和抗谐波混叠的N通道滤波器研究与设计

作者：陈佳佳广西师范大学

学位级别：硕士

20世纪60年代N通道滤波器被首次提出,由于当时射频工艺有限,使其研究受限。随着CMOS技术的改进和无线通信的迅猛发展,N通道滤波器由于具有中心频率可调、片上易集成以及占用面积小等优势,广泛应用于射频接收机前端。但开关采样特性使其... 详细信息

20世纪60年代N通道滤波器被首次提出,由于当时射频工艺有限,使其研究受限。随着CMOS技术的改进和无线通信的迅猛发展,N通道滤波器由于具有中心频率可调、片上易集成以及占用面积小等优势,广泛应用于射频接收机前端。但开关采样特性使其面临谐波抑制小、谐波混叠效应(harmonics folding effect,HFE)和带外抑制小等挑战。本文对此展开研究,主要的研究成果如下:(1)采用前置开关LC带阻预滤波技术,用于衰减滤波器中(k N±1)f (k是正整数,N=8)处的谐波,从而达到增大中心频率处期望信号和最大混叠谐波之间增益差的效果。在TSMC40nm CMOS工艺下,采用Cadence Spectre RF仿真工具进行仿真验证。仿真结果显示,在7f和9f处的谐波混叠抑制均大于90d B,有较好的抗谐波混叠效果。将此技术应用于单端转双端差分8通道滤波器中,所设计的滤波器偶次谐波最大抑制达到120d B。(2)基于每条路径中上变频混频的本振时钟波形相位差原理,提出了一种抑制3k(k是正整数)次谐波的6通道滤波器。其方法是将相位差为60°的输出相加来抑制3k谐波中的奇次谐波,将相位差为180°的差分结构来抑制3k次谐波中的偶次谐波。在TSMC40nm CMOS工艺下,采用Cadence Spectre RF仿真工具进行仿真验证,3次谐波抑制达42d B,带外抑制达32d B,实现了较好的谐波抑制。采用由两个自偏置反馈电阻和交流耦合电容组成的跨导放大器实现电压-电流转换,以提高增益,滤波器电压增益达10d B。本文研究的这两款滤波器有较好的谐波抑制和抗谐波混叠特性,阻抗匹配特性好,回波损耗少。前仿和后仿结果基本一致,在射频超外差式接收机前端设计中有着良好应用前景。

关键词： N通道滤波器带阻预滤波谐波抑制谐波混叠接收机前端

基于预滤波技术的抗谐波混叠差分N通道滤波器

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微电子学与计算机 2021年第7期38卷 73-78页

作者：陈佳佳蒋品群宋树祥岑明灿吕芸芸广西师范大学电子工程学院广西桂林541004

N通道滤波器因中心频率可调、线性度好等特性,在射频接收机前端应用广泛,但也存在抗谐波混叠能力弱的缺陷.设计了一款基于预滤波技术的抗谐波混叠的差分8通道带通滤波器.该滤波器由两个前置LC带阻滤波器和一个串联电感单端转双端差分8... 详细信息

N通道滤波器因中心频率可调、线性度好等特性,在射频接收机前端应用广泛,但也存在抗谐波混叠能力弱的缺陷.设计了一款基于预滤波技术的抗谐波混叠的差分8通道带通滤波器.该滤波器由两个前置LC带阻滤波器和一个串联电感单端转双端差分8通道带通滤波器构成,前者用于抑制混叠最强的7次和9次谐波,后者用于抑制偶次谐波.基于TSMC40 nm工艺仿真结果表明:滤波器的中心频率fs可调谐范围为600 M~1.6 GHz,fs=1 GHz处的带外抑制为30 dB,7fs和9fs处的谐波混叠抑制均大于90 dB,偶次谐波最大抑制为120 dB,且增益大于5 dB,噪声系数(NF)小于5 dB,插入损耗(S11)小于-10 dB,带内IIP3在6 dB~17 dB之间.

关键词： N通道滤波器谐波混叠带阻滤波器预滤波差分结构

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基于开关电容的差分无源N通道滤波器

广西师范大学学报（自然科学版） 2024年第5期42卷 52-60页

作者：刘畅平宋树祥蒋品群岑明灿广西师范大学电子与信息工程学院/集成电路学院广西桂林541004 广西高校集成电路与微系统重点实验室(广西师范大学) 广西桂林541004 广西类脑计算与智能芯片重点实验室(广西师范大学) 广西桂林541004

针对传统N通道滤波器不能抑制谐波、谐波混叠且具有一定插入损耗的问题,本文设计一款基于开关电容的差分无源N通道滤波器。该滤波器使用不同容值的电容加权多相信号来消除奇次谐波,利用不同时钟信号叠加的原理抑制谐波混叠,同时,采用电... 详细信息

针对传统N通道滤波器不能抑制谐波、谐波混叠且具有一定插入损耗的问题,本文设计一款基于开关电容的差分无源N通道滤波器。该滤波器使用不同容值的电容加权多相信号来消除奇次谐波,利用不同时钟信号叠加的原理抑制谐波混叠,同时,采用电容堆叠技术提供一定的增益减小插入损耗。滤波器采用TSMC 40 nm CMOS工艺,Cadence Spectre RF软件仿真结果表明:该滤波器的中心频率fs可调范围为0.3~1.5 GHz,当fs=500 MHz时,对3次和5次谐波均有48 dB以上的抑制效果,对最强谐波混叠抑制达到60 dB以上,且没有插入损耗,噪声系数(NF)为2.5~2.8 dB,线性度(IIP3)在15 dBm以上。

关键词： N通道滤波器谐波抑制谐波混叠无源差分结构

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N通道带阻滤波器谐波分析与抗混叠研究

广西师范大学学报（自然科学版） 2021年第2期39卷 81-89页

作者：蒋品群顾燊宋树祥岑明灿广西师范大学电子工程学院广西桂林541004

N通道带阻滤波器的谐波混叠干扰是一个普遍存在的问题,因此对其抗混叠能力提出了更高要求。本文首先采用伴随网络方法,推导出输入电压到电容采样电压的传递函数,简化了谐波传递函数的计算过程。然后推导出N通道带阻滤波器的完整谐波传... 详细信息

N通道带阻滤波器的谐波混叠干扰是一个普遍存在的问题,因此对其抗混叠能力提出了更高要求。本文首先采用伴随网络方法,推导出输入电压到电容采样电压的传递函数,简化了谐波传递函数的计算过程。然后推导出N通道带阻滤波器的完整谐波传递函数,并采用电路仿真加以验证。在UMC110 CMOS工艺环境下,通过分析滤波器参数对谐波混叠的影响,得出适当增加通道数或增大电容值可有效抑制谐波混叠干扰的结论。仿真结果显示,当通道数为16、电容值为50 pF时,滤波器的最大谐波混叠能控制在-27 dB以下,具备良好抗混叠效果。同时提出一种N通道带阻滤波器与前置选频器件级联的设计方案以消除谐波混叠,前置器件截止频率应小于N-1倍的N通道滤波器中心频率。

关键词： N通道滤波器带阻滤波器开关电容谐波谐波混叠伴随网络

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N通道滤波器的谐波分析与设计

N通道滤波器的谐波分析与设计

作者：钟辉广西师范大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的快速发展,对多标准、多频段接收机的需求也在增加。传统滤波器的频率响应相对固定,在多模多频接收机中将不再是理想的选择,而N通道滤波器由于具有中心频率可调、品质因数较高、易于集成、能较好地在接收机前端实现多... 详细信息

随着无线通信技术的快速发展,对多标准、多频段接收机的需求也在增加。传统滤波器的频率响应相对固定,在多模多频接收机中将不再是理想的选择,而N通道滤波器由于具有中心频率可调、品质因数较高、易于集成、能较好地在接收机前端实现多频滤波功能等特点,近年来受到越来越多的关注。与此同时,由于N通道滤波器的开关采样特性,使滤波电路在通带内会出现高次谐波和谐波混叠等问题,限制了电路的应用范围。因此,本文针对电路中的谐波问题展开研究,主要工作如下:(1)研究并设计了一款基于采样计算的差分N通道滤波器。在该电路中,通过将两个存在时间偏移的N通道滤波器叠加,来抑制谐波混叠效应。同时,将N通道滤波器设计为差分电路结构,利用信号差分方式对偶次谐波进行抑制,而其余谐波利用开关之间的相位差,也实现了一定的衰减。在SMIC110nm工艺下对电路进行仿真,仿真结果表明:在工作电压为1.2V的情况下,电路中心频率在0.3-1.0GHz范围内都能实现对谐波的抑制,其中在3f和5f处的抑制达到了49d B和67d B,对于(k N±1)f处的最强谐波混叠信号的衰减达到了51.8d B。(2)为了模拟理想情况下的正弦本振时钟,设计了一种正弦拟合谐波抑制电路。通过将多个时钟通道按一定增益比叠加,将整个本振时钟周期近似拟合为正弦信号。用该近似正弦时钟信号驱动N通道滤波器的多相开关,能有效地抑制N通道滤波器的高次谐波。为了实现所需的增益比,本设计采用跨导放大器提供增益和改变MOS开关导通电阻两种方式。在SMIC110nm工艺下对所设计的电路进行仿真验证,仿真结果显示:在工作电压为1.2V的情况下,两种方式都较好的实现了对谐波的抑制。跨导结构中心频率可调范围为0.1-1.1GHz,并在3f和5f处的抑制达到了45d B和57d B,而开关结构中心频率可调范围为0.1-3.0GHz,在3f和5f处的抑制为44d B和50d B。本文研究的两款N通道滤波器对谐波有着较好的抑制作用。经过版图设计与电路后仿验证,所得结果与前仿基本一致,能适用于接收机前端滤波。

关键词： N通道滤波器混频器谐波混叠谐波抑制