低功耗电流模有源复数滤波器设计
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摘要：针对多协议多模式软件无线电收发机，研究并设计了一种低功耗的有源信道选择滤波器电路。通过具体分析互逆网络原理，基于低压全平衡电流传输器，实现三阶切比雪夫电流模复数滤波器电路。利用Cadence仿真软件和中芯国际0.18um CMOS工艺，对电路进行仿真和调试。仿真结果表明，滤波器中频频率为2MHz，信号带宽频率为1.56MHz，增益为0dB，在带外-2MHz处能够达到约40db的抑制比。
关键词：电流模；复数滤波器；低功耗；互逆网络；电流传输器
中图分类号：TN401 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0225-04
Lower Power Current Mode Active Complex Filter Design
WU Yi-qiang， YU Xing-ling
（Spreadtrum Shanghai Communications， Inc.， Shanghai 201203， China）
Abstract： Research and design a lower power active channel selection filter for multi-protocol and multi-standard SDR transceiver. Based on detail analytical description of reciprocal network theory， the novel 3rd-order current mode Chebyshev complex filter is proposed with lower voltage fully balanced current conveyor II. Filter performed simulation with Cadence using 0.18 SMIC CMOS technology. The simulation results show that filter has center frequency and pass-band of 1MHz and 1.56MHz， respectively， filter provides pass-band gain of 0dB and achieves a rejection of the out band of 40dB at -2MHz.
Key words： current mode； Complex filter； lower power； reciprocal network； current conveyor
1 背景
当前无线通信发展的趋势是集成多协议、多标准的无线收发机，而且随着CMOS工艺发展到深亚微米时代，无线收发机的射频前端和基带集成的多模多协议RF-SOC系统也是将来的主流发展趋势。软件无线电（SDR， Software Define Radio）是基于数字信号处理（DSP， Digital Signal Processing）等硬件为通用无线收发平台，在开放可扩展的硬件上构建可升级、可替换的软件系统，将尽可能多的通信功能用软件实现[1，2]。软件无线电以软件为核心体系，在射频或者中频对模拟信号进行数字化，通过软件完成上下变频、调制解调、编解码、频率合成等功能。基于DSP或FPGA的软件无线电收发机对应不同的新协议、新标准，软件模块配置不同的参数来实现相关功能。对于新协议、新标准的引入，软件无线电收发机的实现十分方便、经济，因此得到了广泛的应用。
在软件无线电收发机中，连续时间滤波器作为重要的电路模块，可以将需要的信号与谐波和干扰分离。应用于接收机的信道选择复数滤波器能够有效滤除谐波和干扰分量，保证输出信号具有足够的信噪比。传统的信道选择滤波器采用电压模电路实现，即电路输入的是电压信号，输出的也是电压信号。随着电源电压逐步降低，电压模滤波器的线性度和动态范围严重受限。在低电源电压下，电流模电路具有高线性和高动态范围，因此具有较为突出的优点[3]。因此，研究低功耗的电流模滤波器，能够有效降低功耗，对于便携低功耗的软件无线电接收机的实现有重要的意义。
本文提出了一种基于互逆网络理论，采用电流传输器实现的低功耗和高线性度有源电流模滤波器。电路采用中芯国际提供的0.18?m RF CMOS工艺设计，仿真结果表明滤波器满足电路指标要求，验证了基于可逆网络的电流模滤波器的可行性。
2 基于电流模滤波器的无线接收机
当选择电流而不是电压作为电路中的信号变量，并通过电流的处理从而实现电路功能，称为电流模电路。与电压模电路不同，电流模电流中处理的信号为电流。电流信号的大小与过驱动电压和电源电压基本无关，因此电流模电路的线性度不会随着电源电压下降而受限。电流模电路只有低阻节点，因此电流模电路比电压模电路在同样功耗下具有更好高频特性。
对于接收通道的电流驱动无源混频器，传统的做法是混频器后的跨阻放大器将电流信号转换为电压信号，经过电压模滤波器后由电压模模数转换器（ADC， Analog to Digital Converters）转换为数字信号，如图1所示。电流信号到电压信号的转换一方面增加了功耗，另外一方面也引入了更多的非线性，增加了系统的复杂性。
由于电流模ADC电路提出并实现[4， 5]，我们引入电流模滤波器跨接在混频器之后，构成了电流模接收机链路如图2所示。电流模滤波器能够直接处理混频器输出的电流信号，并由后级的电流模ADC转换为数字信号。由于接收通道中而不需要格外的电流-电压转换，因此在功耗和线性度上具有更强的优势。
由于电流模电路具有电路节点阻抗低和信号摆幅低的优势，因此可以在低电源电压高线性度的射频接收电路中得到广泛应用。因此，在高工作频率，高线性度信号的处理领域，基于电流模式电路设计方法比传统的电压模式电路设计方法，具有越来越多优势和吸引力。
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