CN108540106B - 一种电流模射频带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流模射频带通滤波器，属于集成电路领域。该射频滤波器由全通跨导单元和带阻跨导单元组成。输入信号分别通过输入跨导管源极串联电阻和N相滤波器构造全通和带阻特性；输入电压经跨导单元转变成电流，电路工作在电流模式下，能有效地避免出现较大的电压摆幅；在输出端两路电流反向叠加，构成射频带通滤波器，达到滤除阻塞，放大信号的作用。该电流射频滤波器应用于无声表面射频接收机中。相比于其他射频带通滤波器，该电流射频滤波器能够耐受更强的带外阻塞干扰和更高的阻塞抑制率。

Description

一种电流模射频带通滤波器
技术领域
本发明涉及一种电流模射频带通滤波器，应用于无片外声表面滤波器的无线接收机射频前端，属于集成电路领域。
背景技术
在无片外声表面滤波器的接收机射频前端中，由于缺少片外滤波，其他频段的阻塞信号和接收频段信号会同时被前端接收。阻塞信号强度一般要远强于接收信号，因此如何耐受阻塞信号(防止阻塞信号影响射频前端正常接收信号)和如何滤除阻塞信号(防止阻塞信号影响后级)成为系统必须要解决的两个问题。针对这些问题，目前主要的解决方法有：采用前馈或反馈形式的主动抵消结构以抵消阻塞信号、采用N相高Q值滤波在射频节点滤除阻塞信号、采用基于无源混频器的电流模结构来获得高线性度、采用无低噪声放大器结构避免在滤除阻塞信号前放大阻塞信号等。上述四种方案中，前两种实质上是构造片内射频带通滤波器以消除阻塞信号的影响，但是采用前馈主动抵消结构的方式受限于匹配问题，反馈主动抵消结构受限于稳定性，N相滤波器受限于开关导通电阻和负载阶数，难以获得理想的滤波特性。基于无源混频器的电流模结构通过构造低阻节点避免信号较大摆幅以达到更好阻塞耐受能力，无低噪声放大器结构则通过去除低噪声放大器避免放大阻塞信号，这种结构具有极高的阻塞耐受能力(线性度可达25dBm以上)，这两种结构中对阻塞的滤除是在中频电路中完成的，但是由于缺少增益，特别是无低噪声放大器结构，其噪声性能较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
为了克服现有技术中存在的不足，提高阻塞耐受能力和阻塞滤除能力，本发明提供一种电流模射频带通滤波器的解决方案，可应用于无片外声表面滤波器接收机射频前端。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种电流模射频带通滤波器，所述滤波器由全通跨导单元和带阻跨导单元并联构成，输入电压同时输入全通跨导单元和带阻跨导单元后分别输出电流信号；带阻跨导单元的电流信号反向，与全通跨导单元的电流信号叠加并输出。
如上所述的一种电流模射频带通滤波器，进一步地，所述全通跨导单元和所述带阻跨导单元的电路结构相同，均包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一反馈电路、第二反馈电路和电压源；其中，
第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极相互连接，第一NMOS管的源极接电压源，第一NMOS管的漏极与第三NMOS管的源极相连，第二NMOS管的源极接电压源，第二NMOS管的漏极与第四NMOS管的源极相连；
第三NMOS管的栅极连接第一电阻的一端，第三NMOS管的漏极分别连接第一PMOS管的漏极、第三电阻的一端；第四NMOS管的栅极连接第二电阻的一端，第四NMOS管的漏极分别连接第二PMOS管的漏极、第四电阻的一端；第一PMOS管的栅极连接第五电阻的一端，第一PMOS管的源极与第三PMOS管的漏极相连，第二PMOS管的栅极连接第六电阻的一端，第二PMOS管的源极和第四PMOS管的漏极相连；
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻的另一端分别相连；第三PMOS管和第四PMOS管的栅极互相连接，第三PMOS管的源极和第四PMOS管的源极分别接地；第一反馈电路两端分别连接第一NMOS管的漏极和第二NMOS管的漏极，第二反馈电路的两端分别连接第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极；第三NMOS管的栅极连接第一电容的一端，第一PMOS管的栅极连接第二电容的一端，第一电容的另一端、第二电容的另一端均与输入节点的负端相连；第四NMOS管的栅极连接第三电容的一端，第二PMOS管的栅极连接第四电容的一端，第三电容的另一端、第四电容的另一端均与输入节点的正端相连；第三NMOS管(M3)的漏极连接输出节点的正端，第四NMOS管的漏极连接输出节点的负端。
如上所述的一种电流模射频带通滤波器，进一步地，所述全通跨导单元的反馈电路为跨导管源极串联电阻。
如上所述的一种电流模射频带通滤波器，进一步地，所述带阻跨导单元的反馈电路为跨导管源极串联N相滤波器。
如上所述的一种电流模射频带通滤波器，进一步地，所述带阻跨导单元的反馈电路为跨导管源极串联4相带通滤波器。
如上所述的一种电流模射频带通滤波器，进一步地，所述反馈电路采用跨导管源极串联4相带通滤波器，包括第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管，第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第八MOS管，以及第五电容和第六电容；
所述反馈电路的一端依次连接第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管除栅极外的一端，输出信号iRF依次连接第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第八MOS管除栅极外的一端；
所述反馈电路的另一端分别连接第一MOS管的栅极和第五MOS管的栅极，本征信号LO2分别连接第三MOS管的栅极和第七MOS管的栅极，本征信号LO3分别连接第二MOS管的栅极和第六MOS管的栅极，本征信号LO4分别连接第四MOS管的栅极和第八MOS管的栅极；
第一MOS管的剩余一端与第六MOS管的剩余一端和第五电容的一端相连；第二MOS管的剩余一端与第五MOS管的剩余一端和第五电容的另一端相连；第三MOS管的剩余一端与第八MOS管的剩余一端和第六电容的一端相连；第四MOS管的剩余一端与第七MOS管的剩余一端和第六电容的另一端相连。
如上所述的一种电流模射频带通滤波器，进一步地，通过精调跨导管源极串联电阻Rfb，实现全通跨导单元支路和带阻跨导单元支路的带外匹配。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明工作在电流模式上，通过电流相减而非电压相减，避免了电路节点出现较大的电压摆幅；
2、本发明通过调节跨导管源极串联电阻Rfb，两条支路能实现更好的带外匹配，因此具有更高阻塞抑制比。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明采用的跨导单元示意图；
图3为本发明实施例采用的4相带通滤波器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明采用的技术方案为：
通过反馈构造两种不同频率选择特性的跨导单元；输入电压经跨导单元转变成电流，电路工作在电流模式下；输出端两路电流反向叠加，构成射频带通滤波特性。
优选的，全通跨导单元和带阻跨导单元除反馈电路不同外，其余结构相同；全通跨导单元输入跨导管源极串联电阻(无频率选择性)进行反馈，全通跨导单元在整个频段上呈现全通特性；带阻跨导单元输入跨导管源极串联N相滤波器(射频带通特性)进行反馈，带阻跨导单元在接收频段上呈现带阻特性。通过精调电阻Rfb，实现更好带外匹配。
如图1所示为本发明提供的应用于无片外声表面滤波器无线接收机射频前端中的电流模射频带通滤波器。输入电压信号经过两个不同选择性的跨导单元转变为电流信号。全通跨导单元在整个频段内呈现全通特性，接收信号和阻塞具有相同的跨导；带阻跨导在接收频段内呈现带阻特性，接收信号被滤除而阻塞转变成电流；在输出端口，来自两条支路的电流反向叠加，呈现出带通特性。
如图2所示为本发明中采用的跨导单元具体结构，包括，第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一PMOS管M5、第二PMOS管M6、第三PMOS管M7、第四PMOS管M8、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一反馈电路、第二反馈电路和电压源VDD。
第一NMOS管M1的栅极和第二NMOS管M2的栅极相互连接，第一NMOS管M1的源极接电压源VDD，第一NMOS管M1的漏极与第三NMOS管M3的源极相连，第二NMOS管M2的源极接电压源VDD，第二NMOS管M2的漏极与第四NMOS管M4的源极相连；
第三NMOS管M3的栅极连接第一电阻，第三NMOS管M3的漏极连接第一PMOS管M5的漏极，同时连接第三电阻；第四NMOS管M4的栅极连接第二电阻，第四NMOS管M4的漏极连接第二PMOS管M6的漏极，同时连接第四电阻；第一PMOS管M5的栅极连接第五电阻，第一PMOS管M5的源极与第三PMOS管M7的漏极相连，第二PMOS管M6的栅极连接第六电阻，第二PMOS管M6的源极和第四PMOS管M8的漏极相连；
第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻连至一共同节点；第三PMOS管M7和第四PMOS管M8的栅极互相连接，第三PMOS管M7的源极和第四PMOS管M8的源极分别接地；第一反馈电路两端分别连接第一NMOS管M1的漏极和第二NMOS管M2的漏极，第二反馈电路的两端分别连接第一PMOS管M5的源极和第二PMOS管M6的源极；第三NMOS管M3的栅极引出第一电容，第一PMOS管M5的栅极引出第二电容，均与输入节点的负端vin-相连；第四NMOS管M4的栅极引出第三电容，第二PMOS管M6的栅极引出第四电容，均与输入节点的正端vin+相连；第三NMOS管M3的漏极引出输出节点的正端
Figure BDA0001614147630000041
第四NMOS管M4的漏极引出输出节点的负端
Figure BDA0001614147630000042
M1、M2、M7、M8控制电路的直流工作点，输入采用推挽结构可以有效提高电路线性度，在输入管M3(M4)、M5(M6)的源极串联反馈电路，当串联电路阻抗远小于M1、M2、M7、M8的源漏电阻时跨导单元的跨导值为：
Figure BDA0001614147630000051
其中gm0为M3(M4)、M5(M6)总跨导，Zs1,s2表示上下两个反馈电路的并联阻抗。对于带阻跨导单元，其反馈电路为N相带通滤波器。
图3是本发明中采用4相带通滤波器，具体结构包括：第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管，第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第八MOS管，以及第五电容和第六电容；
所述反馈电路的一端依次连接第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管除栅极外的一端，输出信号iRF依次连接第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第八MOS管除栅极外的一端；
所述反馈电路的另一端分别连接第一MOS管的栅极和第五MOS管的栅极，本征信号LO2分别连接第三MOS管的栅极和第七MOS管的栅极，本征信号LO3分别连接第二MOS管的栅极和第六MOS管的栅极，本征信号LO4分别连接第四MOS管的栅极和第八MOS管的栅极；
第一MOS管的剩余一端与第六MOS管的剩余一端和第五电容的一端相连；第二MOS管的剩余一端与第五MOS管的剩余一端和第五电容的另一端相连；第三MOS管的剩余一端与第八MOS管的剩余一端和第六电容的一端相连；第四MOS管的剩余一端与第七MOS管的剩余一端和第六电容的另一端相连。
由于反馈，跨导单元呈现带阻特性。在距离本征频率较远处，电容可视为短路，4相带通滤波器退化成一个电阻，其阻值由开关管的导通电阻决定。
对于全通跨导单元，其反馈电路由电阻组成，电阻不具有频率选择性，因此全通跨导单元具有全通特性。通过精调反馈电阻，可以与带阻跨导单元实现良好的匹配。在输出端实现更高的阻塞抑制比。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电流模射频带通滤波器，其特征在于：所述滤波器由全通跨导单元和带阻跨导单元并联构成，输入电压同时输入全通跨导单元和带阻跨导单元后分别输出电流信号；带阻跨导单元的电流信号反向，与全通跨导单元的电流信号叠加并输出；
所述全通跨导单元和所述带阻跨导单元的电路结构相同，均包括：第一NMOS管(M1)、第二NMOS管(M2)、第三NMOS管(M3)、第四NMOS管(M4)、第一PMOS管(M5)、第二PMOS管(M6)、第三PMOS管(M7)、第四PMOS管(M8)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第一反馈电路、第二反馈电路和电压源(VDD)；
其中，第一NMOS管(M1)的栅极和第二NMOS管(M2)的栅极相互连接，第一NMOS管(M1)的源极接电压源(VDD)，第一NMOS管(M1)的漏极与第三NMOS管(M3)的源极相连，第二NMOS管(M2)的源极接电压源(VDD)，第二NMOS管(M2)的漏极与第四NMOS管(M4)的源极相连；
第三NMOS管(M3)的栅极连接第一电阻的一端，第三NMOS管(M3)的漏极分别连接第一PMOS管(M5)的漏极、第三电阻的一端；第四NMOS管(M4)的栅极连接第二电阻的一端，第四NMOS管(M4)的漏极分别连接第二PMOS管(M6)的漏极、第四电阻的一端；第一PMOS管(M5)的栅极连接第五电阻的一端，第一PMOS管(M5)的源极与第三PMOS管(M7)的漏极相连，第二PMOS管(M6)的栅极连接第六电阻的一端，第二PMOS管(M6)的源极和第四PMOS管(M8)的漏极相连；
第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第三电阻的另一端、第四电阻的另一端、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端六者彼此相连；
第三PMOS管(M7)和第四PMOS管(M8)的栅极互相连接，第三PMOS管(M7)的源极和第四PMOS管(M8)的源极分别接地；第一反馈电路两端分别连接第一NMOS管(M1)的漏极和第二NMOS管(M2)的漏极，第二反馈电路的两端分别连接第一PMOS管(M5)的源极和第二PMOS管(M6)的源极；第三NMOS管(M3)的栅极连接第一电容的一端，第一PMOS管(M5)的栅极连接第二电容的一端，第一电容的另一端、第二电容的另一端均与输入节点的负端
Figure FDA0003158370710000014
相连；第四NMOS管(M4)的栅极连接第三电容的一端，第二PMOS管(M6)的栅极连接第四电容的一端，第三电容的另一端、第四电容的另一端均与输入节点的正端
Figure FDA0003158370710000011
相连；第三NMOS管(M3)的漏极连接输出节点的正端
Figure FDA0003158370710000012
第四NMOS管(M4)的漏极连接输出节点的负端
Figure FDA0003158370710000013
2.根据权利要求1所述的一种电流模射频带通滤波器，其特征在于，所述全通跨导单元的第一反馈电路和第二反馈电路为跨导管源极串联电阻。
3.根据权利要求1所述的一种电流模射频带通滤波器，其特征在于，所述带阻跨导单元的第一反馈电路和第二反馈电路为跨导管源极串联N相滤波器。
4.根据权利要求3所述的一种电流模射频带通滤波器，其特征在于，所述带阻跨导单元的第一反馈电路和第二反馈电路为跨导管源极串联4相带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的一种电流模射频带通滤波器，其特征在于，所述反馈电路采用跨导管源极串联4相带通滤波器，包括第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管，第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第八MOS管，以及第五电容和第六电容；
所述反馈电路的一端依次连接第一MOS管，第二MOS管，第三MOS管，第四MOS管除栅极外的一端，输出信号iRF依次连接第五MOS管，第六MOS管，第七MOS管，第八MOS管除栅极外的一端；
所述反馈电路的另一端分别连接第一MOS管的栅极和第五MOS管的栅极，本征信号LO2分别连接第三MOS管的栅极和第七MOS管的栅极，本征信号LO3分别连接第二MOS管的栅极和第六MOS管的栅极，本征信号LO4分别连接第四MOS管的栅极和第八MOS管的栅极；
第一MOS管的剩余一端与第六MOS管的剩余一端和第五电容的一端相连；第二MOS管的剩余一端与第五MOS管的剩余一端和第五电容的另一端相连；第三MOS管的剩余一端与第八MOS管的剩余一端和第六电容的一端相连；第四MOS管的剩余一端与第七MOS管的剩余一端和第六电容的另一端相连。
6.根据权利要求1所述的一种电流模射频带通滤波器，其特征在于，通过精调跨导管源极串联电阻，实现全通跨导单元支路和带阻跨导单元支路的带外匹配。
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