高阶带宽可调开关电容带通滤波器的设计.pdf

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1、硕士学位论文高阶带宽可调开关电容带通滤波器的设计DESIGNOFHIGHORDERSWITCHCAPACITORBANDPASSFILTERWITHPASSBANDTUNABLE张志鑫哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN432学校代码：10213国际图书分类号：621.3.049.774密级：公开工学硕士学位论文高阶带宽可调开关电容带通滤波器的设计硕士研究生：张志鑫导师：刘晓为教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN432U.D.C:621.3

2、.049.774DissertationfortheMaster’sDegreeinAcademicDESIGNOFHIGHORDERSWITCHCAPACITORBANDPASSFILTERWITHPASSBANDTUNABLECandidate：ZhangZhixinSupervisor：Prof.LiuXiaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofAcademicSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronautics

3、DateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着集成电路工艺的突飞猛进，在传统信号处理领域广泛应用的模拟有源滤波器因为精度低、线性度差和噪声大的问题往往无法满足设计者的需求，开关电容滤波器逐渐走进研究者的视线。开关电容滤波器具有结构简单、易于集成、精度高的特点，受到越来越多设计者的关注和重视。本课题是为了设计一款能够应用于多普勒定位信号接口电路中的高阶带宽可调开关电容带通滤波器芯片。本课题首先对开关电容基本电路工作方式进

4、行了理论推导，说明了开关电容电路相较于传统模拟电路的优势，并给出了开关电容电路Z域的等效模型便于之后的分析与设计。然后介绍了高阶滤波器的构成方式、对二阶双四结构进行分析和传递函数推导并针对开关电容电路中非理想因素进行了分析。接着根据设计指标，利用Matlab/Simulink对高阶带宽可调带通滤波器进行滤波器选型、参数设计以及建模，最终决定级联6级12阶高Q值二阶双四构完成本课题设计，通过Simulink建模、仿真，结果证明设计满足要求。最后，利用华虹0.35μmCMOS工艺完成了滤波器的电路和版图设计，设计采用全差分结构，以便利用全差分结构带来的优良特性。设计的子模

5、块包括：全差分放大器、两相不交叠时钟、基准模块、二阶双四结构等。将所有子模块级联得到整体高阶带宽可调开关电容带通滤波器。对于版图设计，还应在整体滤波器外围加上IO、PAD、Sealring等，以完成整体版图设计，并在此基础上完成了DRC、LVS以及版图的后仿真验证。本课题设计的开关电容带通滤波器版图面积为2650μm×2950μm。版图后仿真验证结果表明：设计的开关电容带通滤波器通过改变输入时钟，能够使得滤波器通带能够在2KHz~200KHz调整；整体通带纹波在0.3dB左右；高通过渡带衰减为-76dB/2倍频，低通过渡带衰减为-84dB/2倍频。本课题设计的高阶带宽

6、可调开关电容带通滤波器功能正确，性能满足设计指标要求。关键词：开关电容电路；带通滤波器；带宽可调；二阶双四结构；I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapidprogressofintegratedcircuittechnology,analogactivefilterswidelyusedintraditionalsignalprocessingfieldscannotmeettheneedsofdesignersduetotheirlowaccuracy,poorlinearity,andlargenoise.Switched-capac

7、itorfiltersaregraduallyenteringtheresearchers’sight.Switched-capacitorfiltershavethecharacteristicsofsimplestructure,easyintegration,andhighprecision,whichhaveattractedtheattentionofmoreandmoredesigners.Thissubjectistodesignahighorderswitchedcapacitorbandpassfilterchipwithpassb