基于OTA的有源Gm-C复数带通滤波器的设计

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为了更容易理解,这里计算流过电容的电流。对于电容C,其两端电压分别为V1和V2,则流过它的电流可以表示为

  

由此,浮地电容便被搬移到了ω0的频率上。可见设计复数带通滤波器需要产生正交信号,正交信号的产生在射频前端设计中并不难实现,而且被广泛应用。另外,这种复数带通滤波器还能实现很好的镜像抑制,镜像抑制度在40 dB左右,在一些通信系统中完全可以取代片外前置的镜像滤波器,不仅提高系统集成度,而且大大降低了芯片的成本。

 

复数带通滤波器的原理图如图7所示。

 

  

滤波器的输入信号为差分正交信号,四路信号相位互差90,这里要特别注意输入信号的相位顺序,只有按上述复数变换的相位关系输入信号才能得到正确的输出,如果相位顺序相反则会使得输出信号反相抵消。对于正交接收机,目标信号下变频后的相位与镜像信号的正好相反,如果目标信号能从滤波器正常输出,则镜像信号一定会被抑制,这就是实现镜像抑制的原理。

 

经过仿真得到复数带通滤波器的AC响应如图8所示,中心频率在4.1 MHz,带宽2 MHz,1.5倍带宽处带外抑制为42 dB和56 dB,带内增益13.27 dB,满足GPS射频前端的中频滤波要求。如果颠倒输入信号相位顺序,需要的频带内抑制达40dB以上,镜像抑制效果明显。

 

  

3 结论

本文实现的Gm-C复数带通滤波器有较好的性能,完全适合射频前端芯片中的中频滤波要求,如果对OTA的结构进行一些改进,如加入跨导稳定功能及提高OTA输出阻抗,还能进一步提高滤波器的性能。另外,这种滤波器采用全CMOS工艺,集成度高,功耗低,特别适合SOC应用。最后,如果将滤波器应用于实际电路,还应设计滤波器调谐电路,以保证在工艺容差范围内对滤波器实现中心频率及Q值可调。

 

 

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