反馈调制的镜像抑制滤波器设计

本文针对低中频接收芯片设计时对高镜像抑制的要求，设计了一款反馈调制的镜像抑制滤波器，该结构通过反馈I、Q两路中频输出的相位和增益误差的方式提高镜像信号抑制度。该电路采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现，仿真结果表明，在接收频率2170MHz～2200MHz、带宽1.6MHz情况下，达到了-56.89dBc的镜像抑制。

【关键词】镜像抑制 射频接收机 相位 增益

1 引言

目前主流的射频接收机结构主要包括超外差结构、直接下变频结构以及低中频结构三种。其中低中频结构结合了超外差结构和直接下变频结构的优点，同时又避免了它们的一些缺点。由于是在低中频处理，变频之后的滤波器可以用易于集成的低通滤波器来实现，提高了射频接收芯片的集成度，在通信和导航领域得到了广泛应用。在低中频结构接收机中，如何获得足够高的镜像抑制成为了低中频接收芯片设计的关键问题之一，本文设计了一款带反馈调制的镜像滤波器，可通过相位误差和增益误差反馈的方式提高镜像信号抑制度。仿真结果表明，该滤波器能够实现较高的镜像抑制。

2 反馈调制的镜像抑制滤波器原理

由图1可知在理想情况下，I/Q两路输出端的镜像信号为0，即抑制度为无穷大。但实际当中I/Q两路存在匹配问题，导致I/Q两路的相位差不是90°，随着匹配变差，镜像抑制也会越来越差。

因此，本文设计了一款带反馈调制的镜像抑制滤波器，如图2所示，该电路位于接收机下变频电路的后面，包括滤波器，误差检测模块，误差校正模块，电源管理模块。

反馈调制原理：通过采样中频输出的相位和增益误差，经过反馈处理措施，把这些误差反向加载到误差校正模块，通过对误差的纠正来控制中频信号的增益和相位误差，使得输出信号的相位和增益误差保持在一个较小的范围内。

3 反馈调制的镜像滤波器电路实现

3.1 误差检测模块

误差检测模块原理如下图所示当接收I/Q通道存在误差时，首先要要用混频器处理，其次再用一个低通滤波器对误差进行滤波和放大，然后送给ADC转换为数字码。最后用ADC的输出去控制误差校正电路，实现I/Q误差从检测到反馈的整个过程。反馈为负反馈，误差值在经过多次比较后逐步减小，直到比较到最小精度位为止。

误差检测模块中最重要的模块是模数转换器，如图3。本设计中用的ADC准备采用6bits、FLASH结构。Flash ADC在所有ADC架构中能达到最快的转换速率。其将采样信号一步转换成二进制数。

3.2 误差校正模块

误差校正这个模块本设计中包括两部分：幅度误差校正和相位误差校正。本设计校正的反馈点并不是在Polyphase的RC—CR网络，而是它前级本振输出的I/Q部分以及混频器和Polyphase之间的buffer部分。之所以选择这两个反馈点是因为这样可以降低校正系统对电路的匹配的敏感性，并且可以增大校正范围和校正的能力，而不会出现校正不过来的现象。选择双校正的结构，可以多方面的对电路进行校正，增强本电路的校正能力，如图4、图5所示。

3.3 镜像抑制滤波器

本设计的镜像抑制滤波器采用3阶Poly-phase滤波器实现。

图6（a）是Poly-phase 滤波器的电路图一共三级，三个极点分别是图6（b）的凹口处，另外图6（b）分别描述了一级，二级，三级的Poly-phase 滤波器的波特图，并且作比较。图中红色的是一级的，虚线是两极的以及蓝线是三级的，由图可以看出三级的Poly-phase 滤波器理论镜像抑制比最高且可以达到60dB，另外它的带宽也比较大。

4 仿真结果

经仿真，本文设计的反馈调的镜像滤波器在3.2MHz中频输出、1.6MHz带宽的情况下，实现了不同工艺偏差下-56.89dBc的镜像抑制，如图7所示。

5 结论

本文设计了一款带反馈调制的镜像抑制滤波器，通过相位误差和增益误差反馈的方式提高镜像信号抑制度。实现了最高-56.89dBc的镜像抑制。

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作者简介

李哲（1982-），男，河北省石家庄市人。硕士研究生学位。现为中国电子科技集团公司第五十四研究所工程师。研究方向为通信领域模拟射频集成电路设计。

作者单位

中国电子科技集团公司第五十四研究所 河北省石家庄市 050081