通信系統中接收鏈的差分濾波器設計(下)

接上篇
5 帶通濾波器設計
在通信系統中，當IF頻率相當高時，某些低頻雜散也 需要濾除，例如半IF雜散。對于此類應用，應設計帶通濾波 器。對于帶通濾波器，低頻抑制和高頻抑制不必對稱。設計 帶通抗混疊濾波器的簡單方法是先設計一個低通濾波器，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一個分流電感，用以
限制低頻成分（分流電感是一個高通諧振極點）。如果一級 高通電感還不夠，可在第一級分流電容上再并聯一個分流電 感，從而更好地抑制低頻雜散。增加分流電感之后，再次調 諧所有元件以獲得正確的帶外抑制規格，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電容， 因為這會增加調諧和調試的難度。電容值通常相當小，會受 到寄生電容很大的影響。

6 應用示例
本部分說明一個位于ADL5201和AD6641之間的濾波器 設計應用示例。ADL5201是一款高性能IF數字控制增益放 大器(DGA)，針對基站實IF接收機應用或數字預失真(DPD) 觀測路徑而設計，具有30 dB增益控制范圍，線性度極高， OIP3達到50 dBm，電壓增益約為20 dB。AD6641是一款250
MHz帶寬DPD觀測接收機，集成一個12位500 MSPS ADC、 一個16000 × 12 FIFO和一個多模式后端，允許用戶通過串 行端口檢索數據。該濾波器示例是一個DPD應用。
下面是取自一個實際通信系統設計的一些帶通濾波器 設計規格：
? 中心頻率： 368.4 MHz
? 帶寬： 240 MHz；
?  輸入和輸出阻抗：
150 Ω ；
? 帶內紋波： 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) 。
要完成該示例設計，請執行以下步驟：
? 插入損耗： 1 dB ；
1. 從單端低通濾波器設計開始（參見圖18）。
2. 將單端濾波器變為差分濾波器。源阻抗和負載阻抗 保持不變，所有電容并聯，所有串聯電感減半并放在另一差 分路徑中（參見圖19）。
3. 用實際值優化元件的理想值（參見圖20）。
4. 對于子系統級仿真，應在輸入端增加ADL5201 DGA S - 參 數 文 件 ， 并 使 用 壓 控 電 壓 源 來 模 擬 濾 波 器 輸 出 端 的 AD6641 ADC。 為
將低通濾波器變為 帶通濾波器，增加 兩 個 分 流 電 感 ： L 7 與 C 9 并 聯 ， L 8 與 C 1 1 并 聯 。 C 1 2
代 表 A D 6 6 4 1 輸 入

圖26  差分電路PCB布局設計示例
電 容 。 R 3 和 R 4 是放在AD6641輸入端的兩個負載電阻，用作濾波器的負載。AD6641輸入為高阻抗。調諧后的情況參見圖21。
5. 采用理想元件的仿真結構如圖16所示。
6. 用目標器件（例如Murata  LQW18A）的電感S-參數文 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。此規則源自這一事實：
差分接收器檢測正負信號跨過彼此的點，即交越點。因此，信號須同時到達接收器才能正
常工作。
差 分 對 內 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厚 度的2倍，則其間的耦合會很 小。此規則也是基于差分信號 相等但相反這一事實，如果外 部噪聲同等地干擾兩個信號， 則其影響會互相抵消。同樣， 如果走線并排布線，則差分信 號在相鄰導線中引起的任何干擾噪聲都會彼此抵消。同一差分對內的走線間距在全長范圍內須保持不變。
如果差分走線彼此靠近布線，則會影響總阻抗。如果此間距 在驅動器與接收器之間變化不定，則一路上會存在阻抗不匹 配，導致反射。
差分對之間的間距應較寬，以使其間的串擾最小。
如果在同一層上使用銅填充，應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，應避免急轉彎(90°)（參見圖23）。 差分對布線時，應使用對稱布線（參見圖25）。 若需要測試點，應避免引入走線分支，而且測試點應
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)上的調諧工作量；寄生電容和電感應盡可能小。與濾 波器設計中的電感設計值相比，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濾波器設計中的電容只 有幾pF，如果寄生電容達到數十分之一pF，濾波器響應就 會受到相當大的影響。為了避免寄生電容影響，一個良好的 做法是避免差分布線區域和電源扼流圈下有任何接地或電源 層。
ADI公司接收器參考設計板（參見圖26）提供了差分濾 波器PCB布局的一個示例。圖26顯示ADL5201和AD6649之間 有一個五階濾波器。AD6649是一款14位250 MHz流水線式 ADC，具有非常好的SNR性能。