应用于卫星导航射频芯片的可重构有源RC滤波器

段 琴，陈志坚，高 山

（1.广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663；2.华南理工大学 微电子学院，广东 广州 510640）

0 引 言

在卫星导航接收机中，信道选择滤波器需要放大目标频带内较小的信号和抑制频带外比较大的干扰，其性能决定了收发机的灵敏度和选择性。有源RC滤波器因其高动态范围和高线性度的优点被广泛使用[1-3]。

本文提出一种3阶巴特沃斯可重构有源RC低通滤波器，其3 dB带宽覆盖范围为0.2～40 MHz，可以满足所有卫星导航应用需要。此滤波器的增益还可以1 dB步进从0 dB变化至30 dB，保证后级模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）输入处于最佳动态范围内。滤波器采用SMIC 55 nm CMOS工艺设计，电源电压为1.3 V，功耗为6.5 mW。仿真结果表明，在增益和带宽分别设为30 dB和14 MHz时，此滤波器的3阶输入交调截止点（Third Order Input Intercept Point，IIP3）为7.2 dBm，无杂散动态范围（Spurious Free Dynamic Range，SFDR）为55.1 dB。

1 电路设计

1.1 滤波器结构

滤波器整体结构如图1所示。

图1 滤波器整体架构

根据图1，本文通过级联双2阶滤波器和单极点滤波器构成了3阶巴特沃斯滤波器。双2阶模块（Biquad）提供1对品质因数Q=1的复数极点和R4/R1的增益，单极点部分提供1个实数极点和RP/RG的增益。设滤波器的3 dB带宽频率为ωc，则此滤波器中Q和ωc的计算公式为

1.2 运算放大器

本文选择两级运放用于滤波器中，其结构如图2所示。运放的共模电压会影响阵列开关的寄生电阻和线性度，也会影响后一级电路的直流工作点，因此需要仔细设置。本文用到的共模反馈电路通过向第一级电路输出注入和抽取电流，可以精确地设置输出共模电压，同时保证很好的共模稳定性[4]。

图2 运算放大器结构

为了减小滤波器的通带尖峰，运放的增益带宽积（Gain Band with Product，GBW）需要大于滤波器带宽的14倍[5]。当滤波器带宽较小时，对运放的带宽要求降低，因此本文将运放第二级电流设为可调，从而节省功耗。当负载为2 pF电容并联2 kΩ电阻时，此运放的开环增益和增益带宽积分别为57 dB和0.7 GHz，功耗为2.1 mW。

2 版图和仿真

滤波器和调谐电路整体版图如图3所示，其面积分别为 800×380 μm2和100×230 μm2。图4为滤波器在不同带宽条件下仿真得到的频率响应曲线，其在通带具有平坦的增益，在阻带以60 dB每10倍频的速率衰减[6]。

图3 滤波器和调谐电路的整体版图

图4 滤波器在不同带宽条件下仿真得到的频率响应曲线

滤波器在增益为30 dB时的仿真性能总结如表1所示，SFDR的计算为

表1 滤波器的仿真性能总结

式中：IRNdBV表示输入参考噪声。

3 结 论

本文提出了一种用于卫星导航接收机的3阶可重构有源RC低通滤波器。滤波器采用SMIC 55 nm工艺设计，在宽带模式下功耗为6.5 mW。后仿真结果显示，在增益和带宽分别设为30 dB和14 MHz时，IIP3为7.2 dBm，SFDR为55.1 dB。