三阶级联复数有源RC带通滤波器的设计与分析

简介：
本文设计并分析了一种新颖的三阶级联复数有源RC带通滤波器。该滤波器具有良好的频率响应特性，适用于多种电子应用中信号处理的需求。通过理论计算和仿真验证了其性能优越性。 滤波器是电子工程中的核心组件，在信号处理及分离不同频率成分方面发挥着关键作用。本段落介绍了一种基于0.18微米CMOS工艺设计的三阶级联有源RC复数带通滤波器，特别适用于无线通信网络。该滤波器采用了切比雪夫逼近函数来优化性能，确保了精确性和稳定性。 采用切比雪夫逼近方法可以最小化通频段内的波动，并提供陡峭的滚降率，以实现良好的选择性。在三阶级联结构中，每级具有不同的品质因数（Q），能够适应特定频率响应特性。这种设计允许更灵活地调整频率并补偿制造工艺偏差、温度变化和元件老化等因素的影响。 滤波器还包括一个自动频率调谐电路（AF Tuning, Automatic Frequency Tuning）。该电路通过5比特数字控制码开关电容阵列实时校正中心频率的变化，增强了适应性，并确保了在各种条件下的稳定工作性能。 设计中设定的滤波器中心频率为2MHz，带宽也为2MHz。其主要性能指标包括：镜像抑制比超过34dB，相邻信道阻带衰减大于34dB；通带纹波小于1dB；电流消耗仅2.3mA，在低功耗应用中尤为关键。 文中还提到了两种常见的滤波器实现技术：Gm-C技术和有源RC。前者因其积分器的开环特性适合高频工作，但易受杂散电容影响且噪声较大，限制了其在某些情况下的效率；后者利用理想的运算放大器以实现高线性度和低噪声特点，适用于低功耗、大动态范围的需求。 文中提出的Class-AB类运算放大器设计中，增益带宽积（GBW）通常设定为截止频率的50倍。通过平衡相位裕量与功耗的设计优化了电路性能，在1.8V电源电压下电流消耗仅为310uA，具有65dB的中频增益、160MHz的GBW和55度的相位裕度。 自动调谐电路设计允许动态调整滤波器中心频率与带宽以适应不同需求。这不仅提高了灵活性，还增强了其实用性。 总体而言，这款三阶级联复数有源RC带通滤波器结合了切比雪夫逼近方法、自动频率调谐技术和优化的运算放大器设计，在无线通信领域展现了高效能和低功耗特性，对于实现高精度与稳定性的信号处理具有重要意义。