通信系統中接收鏈的差分濾波器設計(下)

接上篇
5 帶通濾波器設計
在通信系統中，當IF頻率相當高時(shí)，某些低頻雜散也 需要濾除，例如半IF雜散。對于此類(lèi)應用，應設計帶通濾波 器。對于帶通濾波器，低頻抑制和高頻抑制不必對稱(chēng)。設計 帶通抗混疊濾波器的簡(jiǎn)單方法是先設計一個(gè)低通濾波器，然

圖18  單端低通濾波器

圖19  采用理想元件的差分低通濾波器

圖20 采用實(shí)際值的差分低通濾波器
圖21  差分帶通濾波器
后在濾波器最后一級的分流電容上并聯(lián)一個(gè)分流電感，用以
限制低頻成分（分流電感是一個(gè)高通諧振極點(diǎn)）。如果一級 高通電感還不夠，可在第一級分流電容上再并聯(lián)一個(gè)分流電 感，從而更好地抑制低頻雜散。增加分流電感之后，再次調 諧所有元件以獲得正確的帶外抑制規格，然后最終確定濾波 器元件值。
注意，對于帶通濾波器，一般不建議使用串聯(lián)電容， 因為這會(huì )增加調諧和調試的難度。電容值通常相當小，會(huì )受 到寄生電容很大的影響。

6 應用示例
本部分說(shuō)明一個(gè)位于A(yíng)DL5201和AD6641之間的濾波器 設計應用示例。ADL5201是一款高性能IF數字控制增益放 大器(DGA)，針對基站實(shí)IF接收機應用或數字預失真(DPD) 觀(guān)測路徑而設計，具有30 dB增益控制范圍，線(xiàn)性度極高， OIP3達到50 dBm，電壓增益約為20 dB。AD6641是一款250
MHz帶寬DPD觀(guān)測接收機，集成一個(gè)12位500 MSPS ADC、 一個(gè)16000 × 12 FIFO和一個(gè)多模式后端，允許用戶(hù)通過(guò)串 行端口檢索數據。該濾波器示例是一個(gè)DPD應用。
下面是取自一個(gè)實(shí)際通信系統設計的一些帶通濾波器 設計規格：
? 中心頻率： 368.4 MHz
? 帶寬： 240 MHz；
?  輸入和輸出阻抗：
150 Ω ；
? 帶內紋波： 0.2 dB；

圖22  使用彎曲校正    

圖23  避免90°彎曲

圖24   避免走線(xiàn)分支    

圖25  對稱(chēng)布線(xiàn)指南
? 帶外抑制：30 dB (614.4 MHz) 。
要完成該示例設計，請執行以下步驟：
? 插入損耗： 1 dB ；
1. 從單端低通濾波器設計開(kāi)始（參見(jiàn)圖18）。
2. 將單端濾波器變?yōu)椴罘譃V波器。源阻抗和負載阻抗 保持不變，所有電容并聯(lián)，所有串聯(lián)電感減半并放在另一差 分路徑中（參見(jiàn)圖19）。
3. 用實(shí)際值優(yōu)化元件的理想值（參見(jiàn)圖20）。
4. 對于子系統級仿真，應在輸入端增加ADL5201 DGA S - 參 數 文 件 ， 并 使 用 壓 控 電 壓 源 來(lái) 模 擬 濾 波 器 輸 出 端 的 AD6641 ADC。 為
將低通濾波器變?yōu)?帶通濾波器，增加 兩 個(gè) 分 流 電 感 ： L 7 與 C 9 并 聯(lián) ， L 8 與 C 1 1 并 聯(lián) 。 C 1 2
代 表 A D 6 6 4 1 輸 入

圖26  差分電路PCB布局設計示例
電 容 。 R 3 和 R 4 是放在A(yíng)D6641輸入端的兩個(gè)負載電阻，用作濾波器的負載。AD6641輸入為高阻抗。調諧后的情況參見(jiàn)圖21。
5. 采用理想元件的仿真結構如圖16所示。
6. 用目標器件（例如Murata  LQW18A）的電感S-參數文 件代替所有理想電感。插入損耗比使用理想電感略高。仿真 結果略有變化，如圖17所示。

7 差分濾波器布局考慮
成對差分走線(xiàn)的長(cháng)度須相同。此規則源自這一事實(shí)：
差分接收器檢測正負信號跨過(guò)彼此的點(diǎn)，即交越點(diǎn)。因此，信號須同時(shí)到達接收器才能正
常工作。
差 分 對 內 的 走 線(xiàn) 布 線(xiàn) 須 彼此靠近，如果一對中的相鄰 線(xiàn)路之間的距離大于電介質(zhì)厚 度的2倍，則其間的耦合會(huì )很 小。此規則也是基于差分信號 相等但相反這一事實(shí)，如果外 部噪聲同等地干擾兩個(gè)信號， 則其影響會(huì )互相抵消。同樣， 如果走線(xiàn)并排布線(xiàn)，則差分信 號在相鄰導線(xiàn)中引起的任何干擾噪聲都會(huì )彼此抵消。同一差分對內的走線(xiàn)間距在全長(cháng)范圍內須保持不變。
如果差分走線(xiàn)彼此靠近布線(xiàn)，則會(huì )影響總阻抗。如果此間距 在驅動(dòng)器與接收器之間變化不定，則一路上會(huì )存在阻抗不匹 配，導致反射。
差分對之間的間距應較寬，以使其間的串擾最小。
如果在同一層上使用銅填充，應加大從差分走線(xiàn)到銅 填充之間的間隙。推薦最小間隙為走線(xiàn)到銅填充的走線(xiàn)寬度 的3倍。
在靠近差分對內偏斜源處引入少量彎彎曲曲的校正，
從而降低這種偏斜（參見(jiàn)圖22）。 差分對布線(xiàn)時(shí)，應避免急轉彎(90°)（參見(jiàn)圖23）。 差分對布線(xiàn)時(shí)，應使用對稱(chēng)布線(xiàn)（參見(jiàn)圖25）。 若需要測試點(diǎn)，應避免引入走線(xiàn)分支，而且測試點(diǎn)應
對稱(chēng)放置（參見(jiàn)圖24）。
考 慮 降 低 對 濾 波 器 元 件 值 的 要 求 ， 減 少 印 刷 電 路 板 (PCB)上的調諧工作量；寄生電容和電感應盡可能小。與濾 波器設計中的電感設計值相比，寄生電感可能微不足道。寄 生電容對差分IF濾波器更為重要。IF濾波器設計中的電容只 有幾pF，如果寄生電容達到數十分之一pF，濾波器響應就 會(huì )受到相當大的影響。為了避免寄生電容影響，一個(gè)良好的 做法是避免差分布線(xiàn)區域和電源扼流圈下有任何接地或電源 層。
ADI公司接收器參考設計板（參見(jiàn)圖26）提供了差分濾 波器PCB布局的一個(gè)示例。圖26顯示ADL5201和AD6649之間 有一個(gè)五階濾波器。AD6649是一款14位250 MHz流水線(xiàn)式 ADC，具有非常好的SNR性能。