2、多相濾波器分析
在低中頻接收機(jī)中，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)正交下變頻，在I、Q兩路信號(hào)中有用信號(hào)和鏡像信號(hào) 頻率相同但相位相反即一個(gè)為正頻率，另一個(gè)在負(fù)頻率。對(duì)于一維實(shí)數(shù)域?yàn)V波器，如圖1所 示（低通，其它亦如此），由于其幅頻響應(yīng)對(duì)于正負(fù)頻率分量對(duì)稱，因而無(wú)法在濾出正頻率 信號(hào)分量的同時(shí)抑制負(fù)頻率信號(hào)分量[4]。對(duì)于多相濾波器，由于對(duì)正負(fù)頻率分量幅頻響應(yīng) 不同,因而可實(shí)現(xiàn)在濾出有用信號(hào)的同時(shí)抑制鏡像干擾。
圖2是五階多相位濾波器極點(diǎn)分布與幅頻響應(yīng)曲線示意圖。它是在圖1實(shí)數(shù)域五階低通濾波器基礎(chǔ)上將極點(diǎn)向上平移ωc的情況，得到了中心頻率為ωc的復(fù)數(shù)帶通濾波器，亦即多相 濾波器，是直接變頻式低中頻接收機(jī)中抑制鏡像和鄰頻道干擾的主要技術(shù)之一, 其設(shè)計(jì)直接 影響著接收機(jī)的整體性能。
理論上，多相濾波器可通過(guò)實(shí)域單相濾波器導(dǎo)出。以一階實(shí)域低通濾波器為例，其傳遞函數(shù)為：
3、電路設(shè)計(jì)
多相濾波器的結(jié)構(gòu)有無(wú)源和有源兩種，其中無(wú)源結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬必須由多階級(jí) 聯(lián)，而多階級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)又是有損的，輸出信號(hào)將會(huì)有很大程度的衰減，這就要求有額外的緩沖 結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償，這樣在增大芯片面積的同時(shí)必將又增大濾波器的功耗。另外對(duì)于無(wú)源多項(xiàng)濾 波器，要實(shí)現(xiàn)較高的鏡像抑制比和較高的精度還必須要求電阻電容有極高的精度，這勢(shì)必又 要增大芯片面積[5]。這里采用有源RC 結(jié)構(gòu)，能夠有效克服以上各方面不足，圖3 是擬設(shè)計(jì) 的一階多相濾波器框圖和電路原理圖。
因此，為了得到較高的鏡像抑制能力，通常選擇較高的中心頻率和高階濾波器[6]。圖4 是本文設(shè)計(jì)的五階多相位濾波器原理圖，它基本是在圖3 單階基礎(chǔ)上的級(jí)聯(lián)。為了減小工藝 參數(shù)和溫度的變化對(duì)濾波器拐角頻率的影響，實(shí)現(xiàn)時(shí)增加了可調(diào)電容以對(duì)濾波器頻率特性進(jìn) 行校正。
4、版圖和仿真結(jié)果
設(shè)計(jì)采用 TSMC 0.18um CMOS 工藝。圖5 是所設(shè)計(jì)的芯片版圖，最終實(shí)現(xiàn)面積為1026 μm*204μm。在版圖設(shè)計(jì)過(guò)程中必須注意I、Q 通路以及各通路中正、反向端的嚴(yán)格匹配， 其中的無(wú)源元件電阻電容分別采用高值多晶硅電阻和MIM 電容，以實(shí)現(xiàn)較高的精度。
在電源電壓 2.8~3V、溫度-40~120 度的范圍、各種工藝下對(duì)圖5 電路進(jìn)行前、后仿驗(yàn)證， 該濾波器能夠穩(wěn)定可靠的工作。圖6 是AC 仿真結(jié)果，中心頻率為110kHz，帶寬200kHz， 增益30dB，鏡像抑制比38dB。
5、結(jié)論
本文給出了用于 GSM 低中頻接收機(jī)中的有源多相濾波器分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。采用TSMC 0.18um 工藝，仿真結(jié)果表明該濾波器在各種工藝、溫度和電源電壓下能夠穩(wěn)定可靠的工作， 實(shí)現(xiàn)中心頻率110kHz，帶寬200kHz，增益30dB，鏡像抑制比38dB，可用于全集成GSM 接收機(jī)中。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文根據(jù)GSM 窄帶通信系統(tǒng)低中頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)全集成 有源多相位濾波器，電路在完成濾波的同時(shí)能有效地抑制鏡像信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)了高集成度、 低功耗、高效率的性能