基于GSM 接收機(jī)的集成多相濾波器設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹了用于GSM接收機(jī)的低中頻多相濾波器的設(shè)計(jì)，采用有源RC電路架構(gòu)且單片全集成。設(shè)計(jì)采用TSMC 0.18um CMOS工藝，通過spectre仿真，濾波器的中心頻率為110kHz，帶寬200kHz，增益30dB，鏡像抑制比38dB。

　　1、引言

　　隨著集成電路和便攜式無線傳輸系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們正努力把各種射頻（RF）與中 頻（IF）功能電路都集成在同一芯片上，因而可同時(shí)降低芯片功耗和成本。 無線通信接收機(jī)的主要結(jié)構(gòu)有超外差、零中頻、低中頻三種，其中超外差式接收機(jī)所需 的高階帶通濾波器不宜集成，不適合單片接收機(jī)系統(tǒng)。零中頻接收機(jī)由于受CMOS 電路的 1/f 噪聲和集中于基帶附近的偶次諧波失真等的影響，信噪比不高。對(duì)于窄帶通信系統(tǒng)，該 結(jié)構(gòu)有一定的局限性[1]。 低中頻接收機(jī)采用一個(gè)較低的中頻，把有用信號(hào)與直流寄生失調(diào)和1/f 噪聲從頻譜上分 開，從而避開了他們的干擾。它還具有不需要片外高階帶通濾波器、集成度好、可克服直流 失調(diào)和1/f 噪聲干擾等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此，對(duì)于GSM 和DCS 等窄帶通信系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)是一種較 好的選擇[3]。但是，下變頻為低中頻后也帶來了鏡像信號(hào)的抑制等問題，因而在單一芯片 上獲得足夠高的鏡像抑制成為全集成的主要障礙之一。本文給出了用于GSM 接收機(jī)的集成 低中頻多相位濾波器設(shè)計(jì)，采取了相應(yīng)措施，解決了鏡像抑制和雙路信號(hào)精確匹配等問題。

　　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。