短距离无线通信技术文献翻译.docx
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短距离无线通信技术文献翻译
单位代码01
学号1103020003
分类号TN92
密级
文献翻译
一个新的CMOS通道选择滤波器的双模式蓝牙/WLAN直接变频接收机
院（系）名称
信息工程学院
专业名称
电子信息工程
学生姓名
xx
指导教师
xxxx
2013年3月30日
一个新的CMOS通道选择滤波器的双模式蓝牙/WLAN直接变频接收机
摘要：
设计一个CMOS四阶通道选择滤波器集成双模蓝牙/WLAN直接变频接收机芯片。
其带宽滤波器可以被编程从200kHz到8MHz容纳两个标准。
这种滤波器提供缓慢的权力，和小面积的设计解决方案。
布线模拟结果表明，该滤波器满足这两个应用程序的选择性和动态范围的要求，同时消耗1.88mW的待机功率。
关键词：
CMOS混合模拟/数字系统，电流型电路，主动滤波器，电流反馈放大
1简介
在便携式设备和无线网络的应用程序中，使得无电缆环境发展的愿景更为可行。
它是短距离的无线传输系统，如蓝牙（BT）和无线局域网（WLAN）。
这种技术的主要目的是利用低成本、低功耗、体积小的单晶片处理语音和数据。
BT和WLAN的体系结构允许使用不同频率的无线接收器：
高频、低中频和零频率（直接转换）。
但在双模式操作中，直接转换架构能够最大限度的利用各种构造块电流消耗。
因此,在最小的外部组件中，它提供了一种低功耗、低成本的解决方案。
基带混频信号要求混频器的I/Q和单独的基带路径来持负频率的信息。
虽然这种体系结构遭受非线性直流偏移引起的自混频问题，但是为了避免饱和校正，可以用直流分量的方法解决直流偏移问题。
高动态范围的低通滤波器必须纳入在直接转换器的信道选择。
该滤波器的特性占每个接收机性能的主导地位。
这是因为，在天线接收到的信号经常包含比所需的频道频率较高的通道。
而滤波器必须能够处理大量信号的互调失真。
根据系统的规格，输入的射频信号的功率是BT-70dBm和无线局域网-76dBm。
然而，满足标准的误码率所需的信噪比在基带BT输出的是21dB,无线局域网输出的是10dB。
系统计算表明，这个伪自由动态范围（SFDR）为BT必须超过54dB和WLAN必须超过44.2分贝（dB）。
此外,巴特沃斯响应必须被用来满足滤波器所需的群迟延，此时BT应小于1us。
另外，发现足以满足4阶滤波器选择性要求的两个标准。
此外，BT和WLAN模式的最佳带宽分别是600KHz和5.5MHz。
BT/WLAN双模滤波器可以在各种拓扑的文献中找到。
该滤波器使用可编程OTAC。
但是，主要的缺点是它使用BiCMOS技术，是相对较昂贵的。
在有源RC滤波器中采用CMOS技术，但是可编程功能的实现是采用电阻和电容矩阵，从而导致面积相对较大，也限制了调谐分辨率。
因此，一个可编程的，大动态范围的滤波器的设计给模拟设计带来一大挑战。
传统的CMOSGM-C或MOSFET-C滤波器，或线性化技术参数，在MOS晶体管的应用特征中不能实现高动态范围。
同时，当电源电压水平进一步降低时，C滤波器比预期失去更多的动态范围以及调谐范围。
另一方面，当前反馈放大器（CFA），具有潜在的高带宽，高转换率，良好的线性度和低功耗的性质。
然而，在集成电路应用程序中在缺少可编程性功能。
调谐特性必须达到没有失去潜在的优势，特别是它的线性度和CFA频率响应。
本文的目的是通过利用电流分工网络（CDN）提供数字调谐CFA的电流增益。
CDN是固有的线性（纯正二阶效应），并在所有MOS经营区域，它的操作是有效的。
同时，它具有宽的频带（高于200兆赫），它也可以数字调谐10位无组件扩展。
此外，它是适用于低功耗操作的，因为它不消耗待机电流。
在本文中，基于可编程的CMOS四阶滤波器CFA通过直接转换接收滤波器实现BT/WLAN的信道选择。
布局仿真结果表明滤波器预计将提供动态范围宽，低功耗和可编程性的优势。
以下部分描述了数字可编程的电流反馈放大器。
第3节中介绍了滤波器组和在第4节中提供了仿真结果。
2CMOS可编程CFA
这部分简要描述了终端的特点和实现滤波器设计所需的基本构建模块。
在集成电路中，连续调谐性能是必不可少的，用滤波技术来补偿工艺，成分和温度的变化是至关重要的。
因此,所提出的滤波器包括CFA电流分工网络（CDN）。
对于CDN的操作，图1所示，类似于R-2R梯。
输入的电流是通过不同的分支的二进制加权。
输出电流可以表示为：
（1）
其中d是
th的数字位，n为控制字的大小。
请注意，CDN的正确的操作需要接入的输入节点是驱动电流而输出节点事实上是接地。
CFA是一个四端器件,包括电压缓冲区（
）之间的一个高输入终端Y和低终端X的电流感应,然后输送到一个高阻抗输出终端Z。
此外，第二电压缓冲区（
）之间采用端子Z和一个低输出阻抗端子W。
CFA理想的终端特性，可以被描述为如下：
=
（2）
在本文中，通过编程的流动比率α=
，介绍可编程功能CDN的使用。
CDN的正确操作需要电流驱动的输入节点，而其输出节点被假想性地接地。
图1目前的分工网络
图2提出数字可编程电流反馈放大器拓扑
前者的条件可满足采用电流镜
（源）输出到一个CDN的输入，如图2所示。
而电流跟随器（CF）是用来提供后期的条件，并把高输出阻抗保存在Z端子。
CMOS执行的
和CF分别如图3和4所示。
在这种情况下，CDN处
的衰减和输出电流将是：
（3）
或者，对CDN和CF可以替换为一个数字控制的CF（DCCF）。
其中一个CDN结合内部负反馈的一部分，DCCF基本上是CF。
在这种拓扑中，
将加剧DCCF和输出电流将是：
（4）
图3电压缓冲器（
）与电流镜（CM）的CMOS实现图2
图4.电流跟随器（CF）CMOS实现图2
3推荐的滤波器
一个积分器与接地电容可以很轻松的构建CFA。
因此，这两个积分回路（TowThomas）的拓扑是用于二阶滤波器。
所提出的滤波器拓扑结构如图5所示，该电路提供的低通响应由下式给出：
（5）
因此，转角频率等于3dB带宽的巴特沃思响应和品质因数将是：
图5两个集成回路第二阶段
（6）
（7）
对于
（fori=1,2）.可以看出，在没有改变Q时，
和
同时可编程且ωn可调谐。
滤波器将允许调整带宽，以适应两种操作模式，同时仍近似保留巴特沃斯。
预期的自身阻抗将不会影响滤波器的性能或高达几十兆赫的工作频率。
正是由于这样的事实，除了那些在集成电容器，所有内部节点都在低阻抗（即输出端子的VBS）。
值得注意的是，CDN-CF实现具有较小的无源元件比基于一个给定的频率调谐范围DCCF拓扑更具有优势。
这是因为，CDN-CF拓扑会导致在调谐阶段减少电流增益
的值。
然而，
的DCCF拓扑结构的电流增益调整的频率为
。
因此，该滤波器在过滤段直接级联，具有高输入阻抗和低输出阻抗。
同时，这意味着该滤波器的传递函数是不受源和/或负载阻抗的影响。
BT和WLAN被应用于4阶低通滤波器开发级联程序的两个部分。
4仿真结果
全微分四阶信道选择滤波器的级联由两个二阶滤波器实现。
反馈电路的共模（CM）被纳入CFA，在每个调整的CM的输出电压为零。
一个10bit的CDN用于在每个标准和标准之间的切换中精确地选择所需的信道。
该10bit的CDN滤波器的带宽可调的准确率达到0.1％，其电源电压和总的待机电流分别设置为2.5V和0.75mA。
该过滤器是模拟HSPICE使用BSIM30.35μmCMOS模型可以通过MOSIS。
布线后的仿真结果显示几个可容纳BT和WLAN的频率响应，分别如图6和图7所示。
在模拟中有源负载电阻为1kΩ。
对于BT的衰减在2MHz阻滞剂是超过80分贝，而超过40分贝衰减为25MHz阻滞在WLAN模式下实现的。
图6所提出的滤波器带宽变化在BT几个反应
图7所提出的fi滤波器带宽变化在WLAN几个反应
IIP3的带宽是由BT的27dB和WLAN的22dBm所确定，如图8所示。
IIP3的带宽更好的应用于该滤波器测试音调的阻带。
滤波器BT和WLAN的输入噪声根谱的密度被认为是几乎恒定在3分贝，通频带与近似值分别为
和23nV/
这个值将导致带内SFDR为61dB的BT和63dB的WLAN。
因此，过滤器满足的SFDR两个标准。
图8图形分析，以确定IIP3
此外，Monte-Carlo是用来研究分析滤波器在图像中不匹配的抑制比（IRR）。
Monte-Carlo分析表现于分别在IRR中查看所有的电容器和电阻器，并用2％的标准偏差，进行100次试验，根据高斯分布，BT和WLAN的平均幅度误差小于0.6~3.9％，而相位误差小于0.9~1之间，记录结果为-33.5~-40dB。
5总结
本文提出了一种集成双模式BT/WLAN的直接变频接收机的CMOS通道选择滤波器的设计。
布线后的仿真结果表明，本设计满足在面积和功耗方面改进噪声线性度特性选择性的标准要求。
该滤波器具有61dB的BT频段和63dB的WLAN频段，与它的同行相比，面积减少了33%，且节省了高达72%的能量。
来自：
HussainA.Alzaher.中国保监会过程模拟信号（2010）63:
53–58.
附：
英文原文
AnewCMOSchannelselectfilterfordualmodebluetooth/WLANdirect-conversionreceiver
Abstract：
DesignofaCMOS4th-orderchannelselectfilterforintegrateddualmodeBluetooth/WLANdirect-conversionreceiverispresented.Thebandwidthofthefiltercanbeprogrammedfrom200kHzto8MHztoaccommodatebothstandards.Theproposedfilterprovideslowpower,andsmallareadesignsolution.Post-layoutsimulationresultsshowthatthefiltersatisfiestheselectivityanddynamicrangerequirementsofbothapplicationswhileconsumingtotalstandbypowerof1.88mW.
Keywords:
CMOSmixedanalog/digitalsystems,Current-modecircuits.,Activefilters,Currentfeedbackamplifier.
1Introduction
Therecentdevelopmentinportabledevicesandwirelessnetworkapplicationshasmadethevisionofcable-freeenvironmentmorefeasible.Itisthedrivingforcebehindtheboomofshort-rangewirelesssystemssuchasBluetooth（BT）andWirelessLocalAreaNetwork（WLAN）.Themainobjectiveofsuchtechnologiesishandlingvoiceanddatawithopenstandardsutilizinglowcost,lowpower,smallsize,andsingle-chipdesigns.BTandWLANspecificationspermittheuseofdifferentwirelessreceiverarchitectures:
High-IF,Low-IF,andZero-IF（DirectConversion）.Butthedirect-conversionarchitectureenablesthemaximumreuseandtheoptimalcurrentconsumptionofthevariousbuildingblocksindualmodeoperation.Therefore,itprovidesalowpowerandlowcostsolutionwiththeminimalexternalcomponents.
Thesignalismixeddirectlytobase-band,requiringI/Qdown-mixersandseparatebase-bandpathstomaintainthenegativefrequencyinformation.Althoughthisarchitecturesuffersfromnon-linearDCoffsetproblemscausedbyself-mixing,DCcomponentcanberemovedwithDCoffsetcorrectionmethodstoavoidsaturatingthereceiver.Ahighdynamicrangelowpassfiltermustbeincorporatedinthedirect-conversionreceiverforchannelselection.Thecharacteristicsofthefilterdominatetheperformanceoftheoverallreceiver.Thisisbecausethereceivedsignalattheantennafrequentlycontainsadjacentchannelswithsignificantlyhigherpowerthanthedesiredchannel.Thefiltermustbeabletoprocesslargesignalswithlittleinter-modulationdistortion.
Accordingtosystemspecificationsgivenin,theinputRFsignalpoweris-70dBmforBT,and-76dBmforWLAN.Whereas,therequiredSNR,tomeetthestandardBER,attheoutputofthebasebandis21dBforBTand10dBforWLAN.Systemlevelcalculationsshowthatthespuriousfreedynamicrange（SFDR）mustbemorethan54dBforBTand44.2dBforWLAN.Inaddition,ButterworthresponsemustbeusedtorealizethefilterinordertosatisfytherequiredinbandgroupdelayofBTwhichshouldbelessthan1μs.Moreover,a4th-orderfilterisfoundtobesufficienttomeettheselectivityrequirementsofbothstandards.Furthermore,theoptimumbandwidthis600kHzand5.5MHzfortheBTandWLANmodes,
respectively.
VarioustopologiesforBT/WLANdual-modefilterscanbefoundintheliterature.ThefiltersinarebuiltusingprogrammableOTA-C,butthemaindisadvantageisthatitusesBiCMOStechnologywhichisrelativelyexpensive.ThefilterinusesCMOSactiveRCtechniquebuttheprogrammabilityfeatureisachievedusingcapacitorandresistormatrices,whichresultsinrelativelylargeareaandalsolimitsthetuningresolution.
Thus,thedesignofaprogrammable,largedynamicrangefilterrepresentsamajorchallengetoanalogdesigners.ConventionalCMOS
-CorMOSFET-Cfilters,wherelinearizationtechniquesofMOStransistorcharacteristicsareapplied,donotachievehighdynamicrange.Also,
-Cfiltersareexpectedtolosemoredynamicrangeaswellastuningrangewhenpower-supplyvoltagelevelsarefurtherreduced.Ontheotherhand,thecurrentfeedbackamplifier（CFA）haspotentiallyhighbandwidth,highslewrate,goodlinearityandlow-powerconsumption.However,thelackofprogrammabilityfeaturehindersitsuseinintegratedcircuitapplications.TuningfeaturemustbeachievedwithoutlosingthepotentialadvantagesofCFAparticularlyitslinearityandfrequencyresponse.Thisobjectiveisaccomplishedbyusingthecurrentdivisionnetwork（CDN）toprovidedigitaltuningoftheCFA’scurrentgain.TheCDNisinherentlylinear（insensitivetosecondordereffects）anditsoperationisvalidinallMOSoperatingregions.Also,itexhibitsawidebandwidth（higherthan200MHz）anditcanbedigitallytunedupto10bitswithoutcomponentspreading.Inaddition,itissuitableforlowpoweroperationsinceitdoesnotdissipatestandbycurrent.
Inthispaper,a4th-orderfilterbasedontheprogrammableCMOSCFAisproposedtoimplementthechannelselectfilterforBT/WLANdirectconversionreceiver.Post-layoutsimulationresultsshowthatthefilterisexpectedtoprovidetheadvantageofhighdynamicrangeandwideprogrammabilityfeaturewithlow-powerconsumption.ThefollowingsectiondescribesthedigitallyprogrammableCFA.TheproposedfilterispresentedinSect.3andsimulationresultsareprovidedinSect.4.
2ACMOSprogrammableCFA
Thissectionbrieflydescribestheterminalcharacteristicsandrealizationsofthebasicbuildingblocksneededinthefilterdesign.Tuningpropertiesareessentialforcontinuoustimeintegratedcircuitfilteringtechniquestocompensateforprocess,componentandtemperaturevariations.Thus,theproposedCFAbasedfiltercomprisesthecurrentdivisionnetwork（CDN）.TheoperationoftheCDN,showninFig.1,issimilartothatoftheR-2Rladder.
Theinputcurrentisbinaryweightedthroughthedifferentbranches.Theoutputcurrentcanbeexpressedas:
（1）
Where
isthe
thdigitalbitandnisthesizeofcontrolword.NotethattheproperoperationoftheCDNrequirestheinputnodetobecurrentdrivenwhiletheoutputnodetobevirtuallygrounded.
CFAisa
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