通信系統(tǒng)中接收鏈的差分濾波器設(shè)計(jì)(下)

接上篇
5 帶通濾波器設(shè)計(jì)
在通信系統(tǒng)中，當(dāng)IF頻率相當(dāng)高時(shí)，某些低頻雜散也 需要濾除，例如半IF雜散。對于此類應(yīng)用，應(yīng)設(shè)計(jì)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。設(shè)計(jì) 帶通抗混疊濾波器的簡單方法是先設(shè)計(jì)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(diào) 諧所有元件以獲得正確的帶外抑制規(guī)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?yàn)檫@會(huì)增加調(diào)諧和調(diào)試的難度。電容值通常相當(dāng)小，會(huì)受 到寄生電容很大的影響。

6 應(yīng)用示例
本部分說明一個(gè)位于ADL5201和AD6641之間的濾波器 設(shè)計(jì)應(yīng)用示例。ADL5201是一款高性能IF數(shù)字控制增益放 大器(DGA)，針對基站實(shí)IF接收機(jī)應(yīng)用或數(shù)字預(yù)失真(DPD) 觀測路徑而設(shè)計(jì)，具有30 dB增益控制范圍，線性度極高， OIP3達(dá)到50 dBm，電壓增益約為20 dB。AD6641是一款250
MHz帶寬DPD觀測接收機(jī)，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，允許用戶通過串 行端口檢索數(shù)據(jù)。該濾波器示例是一個(gè)DPD應(yīng)用。
下面是取自一個(gè)實(shí)際通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些帶通濾波器 設(shè)計(jì)規(guī)格：
? 中心頻率： 368.4 MHz
? 帶寬： 240 MHz；
?  輸入和輸出阻抗：
150 Ω ；
? 帶內(nèi)紋波： 0.2 dB；

圖22  使用彎曲校正    

圖23  避免90°彎曲

圖24   避免走線分支    

圖25  對稱布線指南
? 帶外抑制：30 dB (614.4 MHz) 。
要完成該示例設(shè)計(jì)，請執(zhí)行以下步驟：
? 插入損耗： 1 dB ；
1. 從單端低通濾波器設(shè)計(jì)開始（參見圖18）。
2. 將單端濾波器變?yōu)椴罘譃V波器。源阻抗和負(fù)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（參見圖19）。
3. 用實(shí)際值優(yōu)化元件的理想值（參見圖20）。
4. 對于子系統(tǒng)級仿真，應(yīng)在輸入端增加ADL5201 DGA S - 參 數(shù) 文 件 ， 并 使 用 壓 控 電 壓 源 來 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(shè)計(jì)示例
電 容 。 R 3 和 R 4 是放在AD6641輸入端的兩個(gè)負(fù)載電阻，用作濾波器的負(fù)載。AD6641輸入為高阻抗。調(diào)諧后的情況參見圖21。
5. 采用理想元件的仿真結(jié)構(gòu)如圖16所示。
6. 用目標(biāo)器件（例如Murata  LQW18A）的電感S-參數(shù)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(jié)果略有變化，如圖17所示。

7 差分濾波器布局考慮
成對差分走線的長度須相同。此規(guī)則源自這一事實(shí)：
差分接收器檢測正負(fù)信號(hào)跨過彼此的點(diǎn)，即交越點(diǎn)。因此，信號(hào)須同時(shí)到達(dá)接收器才能正
常工作。
差 分 對 內(nèi) 的 走 線 布 線 須 彼此靠近，如果一對中的相鄰 線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(guī)則也是基于差分信號(hào) 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(hào)， 則其影響會(huì)互相抵消。同樣， 如果走線并排布線，則差分信 號(hào)在相鄰導(dǎo)線中引起的任何干擾噪聲都會(huì)彼此抵消。同一差分對內(nèi)的走線間距在全長范圍內(nèi)須保持不變。
如果差分走線彼此靠近布線，則會(huì)影響總阻抗。如果此間距 在驅(qū)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(dǎo)致反射。
差分對之間的間距應(yīng)較寬，以使其間的串?dāng)_最小。
如果在同一層上使用銅填充，應(yīng)加大從差分走線到銅 填充之間的間隙。推薦最小間隙為走線到銅填充的走線寬度 的3倍。
在靠近差分對內(nèi)偏斜源處引入少量彎彎曲曲的校正，
從而降低這種偏斜（參見圖22）。 差分對布線時(shí)，應(yīng)避免急轉(zhuǎn)彎(90°)（參見圖23）。 差分對布線時(shí)，應(yīng)使用對稱布線（參見圖25）。 若需要測試點(diǎn)，應(yīng)避免引入走線分支，而且測試點(diǎn)應(yīng)
對稱放置（參見圖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(diào)諧工作量；寄生電容和電感應(yīng)盡可能小。與濾 波器設(shè)計(jì)中的電感設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中的電容只 有幾pF，如果寄生電容達(dá)到數(shù)十分之一pF，濾波器響應(yīng)就 會(huì)受到相當(dāng)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區(qū)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(shè)計(jì)板（參見圖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流水線式 ADC，具有非常好的SNR性能。