2、多相濾波器分析
在低中頻接收機中，射頻信號經(jīng)過正交下變頻，在I、Q兩路信號中有用信號和鏡像信號 頻率相同但相位相反即一個為正頻率，另一個在負頻率。對于一維實數(shù)域濾波器，如圖1所 示（低通，其它亦如此），由于其幅頻響應(yīng)對于正負頻率分量對稱，因而無法在濾出正頻率 信號分量的同時抑制負頻率信號分量[4]。對于多相濾波器，由于對正負頻率分量幅頻響應(yīng) 不同,因而可實現(xiàn)在濾出有用信號的同時抑制鏡像干擾。
圖2是五階多相位濾波器極點分布與幅頻響應(yīng)曲線示意圖。它是在圖1實數(shù)域五階低通濾波器基礎(chǔ)上將極點向上平移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中抑制鏡像和鄰頻道干擾的主要技術(shù)之一, 其設(shè)計直接 影響著接收機的整體性能。
理論上，多相濾波器可通過實域單相濾波器導(dǎo)出。以一階實域低通濾波器為例，其傳遞函數(shù)為：
3、電路設(shè)計
多相濾波器的結(jié)構(gòu)有無源和有源兩種，其中無源結(jié)構(gòu)要實現(xiàn)較寬的帶寬必須由多階級 聯(lián)，而多階級聯(lián)結(jié)構(gòu)又是有損的，輸出信號將會有很大程度的衰減，這就要求有額外的緩沖 結(jié)構(gòu)進行補償，這樣在增大芯片面積的同時必將又增大濾波器的功耗。另外對于無源多項濾 波器，要實現(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 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)上的級聯(lián)。為了減小工藝 參數(shù)和溫度的變化對濾波器拐角頻率的影響，實現(xiàn)時增加了可調(diào)電容以對濾波器頻率特性進 行校正。
4、版圖和仿真結(jié)果
設(shè)計采用 TSMC 0.18um CMOS 工藝。圖5 是所設(shè)計的芯片版圖，最終實現(xiàn)面積為1026 μm*204μm。在版圖設(shè)計過程中必須注意I、Q 通路以及各通路中正、反向端的嚴(yán)格匹配， 其中的無源元件電阻電容分別采用高值多晶硅電阻和MIM 電容，以實現(xiàn)較高的精度。
在電源電壓 2.8~3V、溫度-40~120 度的范圍、各種工藝下對圖5 電路進行前、后仿驗證， 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 低中頻接收機中的有源多相濾波器分析和設(shè)計過程。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 接收機中。
本文作者創(chuàng)新點：本文根據(jù)GSM 窄帶通信系統(tǒng)低中頻接收機的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計全集成 有源多相位濾波器，電路在完成濾波的同時能有效地抑制鏡像信號的干擾，實現(xiàn)了高集成度、 低功耗、高效率的性能