基于WSN的复数带通滤波器.docVIP

题 目____0.18(m CMOS WSN 节点 低功耗滤波器设计______ __信息科学与工程_院（系）___信息工程___专业 学 号______________________ 学生姓名________ 孙泰伦_______________ 指导教师___________李智群_教授__________ 起止日期2012年2月21日(2012年6月10日摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量无线传感器节点构成的，广泛应用在工业、农业、军事国防等领域。复数带通滤波器位于WSN射频接收机前端，它能够将接收到的带内信号放大，带外信号抑制，是WSN射频接收机中的重要模块，研究低功耗高性能的复数带通滤波器对于无线传感器网络具有重要意义。 本文首先阐述了滤波器的基本原理，接着分析了作为滤波器的关键部分的全差分运算放大器的特性对全集成有源滤波器的性能的影响，设计了一种有源RC低通和带通滤波器的宽摆幅、低功耗的全差分运算放大器从网络综合理论出发，较系统地研究了基于信号流图模拟法的全集成有源滤波器的设计技术，利用双端接载的无源LC梯形滤波电路的响应具有对元件变化灵敏度低的优点，将其作为原型滤波器，详细地推导了三阶Butterworth低通滤波器的信号流图，并实现了相应的基于反相积分器的三阶有源RC低通滤波器。复数带通滤波器设计的基本思想是将实数无源梯形网络变换为复数无源梯形网络。在两个有源低通滤波器每级之间加入频率变换电阻，对实数低通滤波器进行频率搬移，得到输入正交差分信号的复数带通滤波器。通过此方法设计的复数带通滤波器在1.8V工作电压下，工作电流为2.6mA，中心频率为2MHz，带宽为2.04MHz，通带增益为0dB，带内波动小于0.26dB，镜像抑制36.27dB，均满足所要求的设计指标。本文最后又从MOS管工作状态出发，阐述了当MOS管工作在中反型区上边缘处时可以最有效的利用漏端电流ID，从而达到降低电流，降低功耗的目的。通过调节运放的第一级放大管，使其工作在中反型区上边缘处，成功地降低了复数带通滤波器的工作电流1mA。同时，滤波器的各项指标还能基本满足要求。 关键词：低功耗、有源RC、复数带通滤波器、全差分运算放大器、中反型区 Abstract Wireless Sensor Network (WSN) is a wireless network composed of large amounts of sensor nodes, which is widely used in industry, agriculture, military affairs and so on. Complex band pass filter (BPF) is located in the front of the WSN receiver, which can magnify the useful signal in the pass band and restrain the signal out of the band. It is of great importance to design a complex BPF with low power and good performance for the WSN transceiver. This paper first describes the basic principles of the filter, and then analyzes the influence the performance of the fully differential operational amplifier that makes to the active filters. According to the analysis, a fully differential operational amplifier with wider unity-gain bandwidth and low power is designed for the active-RC low-pass filter and band-pass filter in this paper.The design technology of full-integrated active filters that based on the theory of network synthesis and signal flow graph is deeply studied. On the ba