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全球定位系统(Global Positioning System,GPS)在现代社会扮演着重要的角色,被广泛应用在航空航天、野外勘探、车载导航等领域。GPS终端有着电池供电、应用环境复杂等特点,这对其射频接收机模块提出了高集成度、低功耗、高稳定性的要求。在当今主流接收机架构中,低中频接收机因为具有易于集成、无直流漂移问题等优点被广泛应用,然而其应用也因为自身的镜像干扰问题备受制约。复数滤波器是低中频接收机中,有效解决其镜像干扰的一个重要电路模块。因而对高精度、低功耗和高镜像抑制的复数滤波器的研究也成为一个十分有意义的话题。 论文在SMIC0.13μm工艺下实现了一款满足低中频架构GPS接收机应用需求的复数滤波器。滤波器选用椭圆逼近的Active-RC结构低通滤波器为原型,使用交叉耦合的电阻阵列进行频率搬移。首先,论文分析了接收机中镜像干扰产生的原因和使用复数滤波器进行镜像抑制的原理;然后从滤波器的基础理论深入到高阶滤波器设计,完成了基于信号流图的复数滤波器结构设计;接着根据高精度、低功耗的需求,进行了相应的结构和电路优化;最后完成了滤波器调谐电路的设计。 论文的研究内容和创新点主要包括:第一,针对滤波器频率响应精度对运算放大器单位增益带宽的约束,应用了积分器频率补偿技术,使滤波器整体功耗大为降低;第二,基于微分电容输入支路消去技术,提出了采用电阻代替电容实现了椭圆逼近传递函数中的共轭零点的方法,使得滤波器中的电容由6对变为4对,电容所对应的频率搬移电阻也相应减少,有效地降低了实数低通滤波器和频率搬移电路的设计复杂度;第三,应用了相同积分电容变换技术,使得复数滤波器中所有的积分器单元一样、频率搬移电阻大小一致,降低了器件失配引入的频率响应偏差;第四,设计出一款频率调谐电路,保证了复数滤波器在不同温度和工艺角下的频率响应精度。 仿真结果表明,复数滤波器的中心频率为4MHz,通带带宽为4MHz,带内纹波小于1dB,镜像抑制达到42dB。在不同工艺、不同温度下滤波器通带截止频率变化范围小于5%,完全满足GPS接收机的系统要求。论文提出的降低功耗、提高频率响应精度、简化电路设计等方法对复数滤波器设计有着重要意义。