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数模混合型滤波器设计及其仿真

作　者: 董珍珍
导　师: 刘高辉
学　校: 西安理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 数模混合 滤波器 CMOS运放 神经元MOS 加权求和电路 PSpice
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着社会信息化的进程越来越快,从上个世纪80年代后期,数字信号处理算法的功能日益增强,集成电路技术的进步,许多传统上用模拟电路实现的信号处理功能很容易用数字方式来实现。但是,随着信号数据率的提高和信号带宽的增加,导致数字信号处理电路规模和功耗增大。因此,不能满足未来信息社会对电子系统中小型化和低功耗的发展要求。随着微电子技术的不断发展,模拟器件或数模混合型器件在高速、低功耗电路的优势逐渐突显出来。基于此背景,针对传统的滤波器电路本文提出了一种数模混合型实现方法,其核心是用数字电路控制的模拟电路对时域离散、幅度连续的信号进行处理。首先,本文介绍了数模混合型滤波器的概念和特点,从高速、低功耗两方面考虑,提出了数模混合型滤波器不同的实现结构。对CDMA通信系统中数模混合型序列匹配滤波器的实现结构进行了详细的介绍,结合序列型匹配滤波器的数模混合型实现方法,提出了FIR滤波器的数模混合型实现结构,并对其结构进行了MATLAB仿真。其次,利用CMOS器件的优点,研究了基于CMOS运放实现的数模混合型滤波器的实现方法。对基于CMOS运放实现的序列型匹配滤波器的电路结构及其工作原理进行了详细介绍,参考序列型匹配滤波器的实现结构提出了基于CMOS运放实现的FIR滤波器的实现结构,对其电路结构和工作原理进行了详细的讨论。与全数字滤波器电路相比,简化了电路结构,同时大大减少了元器件的数目。再次,为了验证滤波器电路功能的正确性,采用PSpice仿真软件分别对基于CMOS运放实现的序列型匹配滤波器和FIR滤波器进行了仿真验证,对不同参数下仿真结果产生的误差进行了分析,并提出了基于CMOS运放实现的FIR滤波器的改进方法。最后,对神经元MOS的结构和特性进行了介绍,并提出了基于神经元MOS实现的FIR滤波器的实现方法。该方法采用互补型神经元MOS源极跟随器来实现滤波器电路的关键部分——加权求和电路,对其电路结构和电路工作原理进行了详细的讨论,用PSpice软件对其进行了仿真验证,表明了其功能的正确性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 数模混合信号处理概念的提出和背景  8-10
    1.1.1 数模混合信号处理概念的提出  8-9
    1.1.2 数模混合型滤波器的研究现状  9-10
  1.2 CMOS器件的研究现状  10
  1.3 神经元MOS及其应用的研究现状  10
  1.4 数模混合系统中的仿真技术  10-12
    1.4.1 软件介绍  11
    1.4.2 Orcad/PSpice  11-12
  1.5 本文的主要内容  12-14
2 数模混合型滤波器  14-26
  2.1 引言  14
  2.2 数模混合型滤波器的概念  14-15
  2.3 数模混合型匹配滤波器的设计原理  15-18
    2.3.1 CDMA通信系统介绍  15
    2.3.2 匹配滤波器概念  15-16
    2.3.3 数模混合型匹配滤波器的基本结构  16-18
  2.4 FIR滤波器的数模混合型设计原理  18-21
    2.4.1 FIR数字滤波器的基本概念  18-19
    2.4.2 FIR滤波器的特点  19
    2.4.3 FIR滤波器的基本设计步骤  19-20
    2.4.4 FIR滤波器的数模混合型基本结构  20-21
  2.5 FIR滤波器的数模混合型实现结构的MATLAB仿真验证  21-24
  2.6 本章小结  24-26
3 基于CMOS运算放大器实现的数模混合型滤波器  26-38
  3.1 CMOS器件的特点  26
  3.2 CMOS运放实现的序列匹配滤波器的电路结构  26-30
    3.2.1 关键电路单元  27-28
    3.2.2 电路工作过程  28-30
  3.3 CMOS运放实现的FIR滤波器的电路结构  30-36
    3.3.1 模拟采样值移位电路的设计  31-32
    3.3.2 开关电容电路  32-33
    3.3.3 模拟采样值加权求和电路的设计  33-36
  3.4 本章小结  36-38
4 PSpice仿真分析  38-50
  4.1 PSpice仿真软件介绍  38-39
    4.1.1 PSpice仿真软件的发展  38
    4.1.2 PSpice的分析功能  38-39
    4.1.3 PSpice的应用  39
  4.2 基于CMOS运放实现的序列匹配滤波器的PSpice仿真分析  39-41
    4.2.1 采样脉冲宽度相同时  39-40
    4.2.2 采样脉冲宽度不相同时  40-41
  4.3 基于CMOS运放实现的FIR滤波器的PSpice仿真  41-43
    4.3.1 加权求和电路仿真  41-43
  4.4 基于CMOS运放实现的FIR滤波器加权求和电路的改进  43-48
    4.4.1 加法电路  44-45
    4.4.2 加权求和电路的改进  45-46
    4.4.3 电路工作原理  46-47
    4.4.4 PSpice仿真  47-48
  4.5 本章小结  48-50
5 神经元MOS实现的FIR数模混合型滤波器  50-58
  5.1 神经元MOS晶体管的结构及特性  50-52
    5.1.1 单管的基本结构及特点  50-51
    5.1.2 互补管的基本结构  51-52
    5.1.3 神经元MOS的特性  52
  5.2 神经元MOS器件实现的FIR滤波器的电路结构  52-56
    5.2.1 加权求和电路的工作原理  54-55
    5.2.2 加权求和电路的工作过程  55-56
  5.3 PSpice仿真分析  56-57
  5.4 本章小结  57-58
6 总结  58-60
  6.1 主要工作和结论  58
  6.2 展望  58-60
致谢  60-62
参考文献  62-64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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