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，因而可同時降低芯片功耗和成本。 無線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(tǒng)。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(tǒng)，該 結構有一定的局限性[1]。 低中頻接收機采用一個較低的中頻，把有用信號與直流寄生失調和1/f 噪聲從頻譜上分 開，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 失調和1/f 噪聲干擾等優(yōu)點[2]，因此，對于GSM 和DCS 等窄帶通信系統(tǒng)，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了鏡像信號的抑制等問題，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題。

　　2、多相濾波器分析

　　在低中頻接收機中，射頻信號經過正交下變頻，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，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 不同,因而可實現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曲線示意圖。它是在圖1實數域五階低通濾波器基礎上將極點向上平移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之一, 其設計直接 影響著接收機的整體性能。