基于GSM 接收機的集成多相濾波器設計

　　摘要：本文介紹了用于GSM接收機的低中頻多相濾波器的設計，采用有源RC電路架構且單片全集成。設計采用TSMC 0.18um CMOS工藝，通過(guò)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(zhù)集成電路和便攜式無(wú)線(xiàn)傳輸系統的快速發(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(wú)線(xiàn)通信接收機的主要結構有超外差、零中頻、低中頻三種，其中超外差式接收機所需 的高階帶通濾波器不宜集成，不適合單片接收機系統。零中頻接收機由于受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。對于窄帶通信系統，該 結構有一定的局限性[1]。 低中頻接收機采用一個(gè)較低的中頻，把有用信號與直流寄生失調和1/f 噪聲從頻譜上分 開(kāi)，從而避開(kāi)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 失調和1/f 噪聲干擾等優(yōu)點(diǎn)[2]，因此，對于GSM 和DCS 等窄帶通信系統，該結構是一種較 好的選擇[3]。但是，下變頻為低中頻后也帶來(lái)了鏡像信號的抑制等問(wèn)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 接收機的集成 低中頻多相位濾波器設計，采取了相應措施，解決了鏡像抑制和雙路信號精確匹配等問(wèn)題。

　　2、多相濾波器分析

　　在低中頻接收機中，射頻信號經(jīng)過(guò)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(gè)為正頻率，另一個(gè)在負頻率。對于一維實(shí)數域濾波器，如圖1所 示（低通，其它亦如此），由于其幅頻響應對于正負頻率分量對稱(chēng)，因而無(wú)法在濾出正頻率 信號分量的同時(shí)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 不同,因而可實(shí)現在濾出有用信號的同時(shí)抑制鏡像干擾。

　　圖2是五階多相位濾波器極點(diǎn)分布與幅頻響應曲線(xiàn)示意圖。它是在圖1實(shí)數域五階低通濾波器基礎上將極點(diǎn)向上平移ωc的情況，得到了中心頻率為ωc的復數帶通濾波器，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, 其設計直接 影響著(zhù)接收機的整體性能。