通信系统中接收链的差分滤波器设计(下)

接上篇
5 带通滤波器设计
在通信系统中，当IF频率相当高时，某些低频杂散也 需要滤除，例如半IF杂散。对于此类应用，应设计带通滤波 器。对于带通滤波器，低频抑制和高频抑制不必对称。设计 带通抗混叠滤波器的简单方法是先设计一个低通滤波器，然

图18  单端低通滤波器

图19  采用理想元件的差分低通滤波器

图20 采用实际值的差分低通滤波器
图21  差分带通滤波器
后在滤波器最后一级的分流电容上并联一个分流电感，用以
限制低频成分（分流电感是一个高通谐振极点）。如果一级 高通电感还不够，可在第一级分流电容上再并联一个分流电 感，从而更好地抑制低频杂散。增加分流电感之后，再次调 谐所有元件以获得正确的带外抑制规格，然后最终确定滤波 器元件值。
注意，对于带通滤波器，一般不建议使用串联电容， 因为这会增加调谐和调试的难度。电容值通常相当小，会受 到寄生电容很大的影响。

6 应用示例
本部分说明一个位于ADL5201和AD6641之间的滤波器 设计应用示例。ADL5201是一款高性能IF数字控制增益放 大器(DGA)，针对基站实IF接收机应用或数字预失真(DPD) 观测路径而设计，具有30 dB增益控制范围，线性度极高， OIP3达到50 dBm，电压增益约为20 dB。AD6641是一款250
MHz带宽DPD观测接收机，集成一个12位500 MSPS ADC、 一个16000 × 12 FIFO和一个多模式后端，允许用户通过串 行端口检索数据。该滤波器示例是一个DPD应用。
下面是取自一个实际通信系统设计的一些带通滤波器 设计规格：
• 中心频率： 368.4 MHz
• 带宽： 240 MHz；
•  输入和输出阻抗：
150 Ω ；
• 带内纹波： 0.2 dB；

图22  使用弯曲校正    

图23  避免90°弯曲

图24   避免走线分支    

图25  对称布线指南
• 带外抑制：30 dB (614.4 MHz) 。
要完成该示例设计，请执行以下步骤：
• 插入损耗： 1 dB ；
1. 从单端低通滤波器设计开始（参见图18）。
2. 将单端滤波器变为差分滤波器。源阻抗和负载阻抗 保持不变，所有电容并联，所有串联电感减半并放在另一差 分路径中（参见图19）。
3. 用实际值优化元件的理想值（参见图20）。
4. 对于子系统级仿真，应在输入端增加ADL5201 DGA S - 参 数 文 件 ， 并 使 用 压 控 电 压 源 来 模 拟 滤 波 器 输 出 端 的 AD6641 ADC。 为
将低通滤波器变为 带通滤波器，增加 两 个 分 流 电 感 ： L 7 与 C 9 并 联 ， L 8 与 C 1 1 并 联 。 C 1 2
代 表 A D 6 6 4 1 输 入

图26  差分电路PCB布局设计示例
电 容 。 R 3 和 R 4 是放在AD6641输入端的两个负载电阻，用作滤波器的负载。AD6641输入为高阻抗。调谐后的情况参见图21。
5. 采用理想元件的仿真结构如图16所示。
6. 用目标器件（例如Murata  LQW18A）的电感S-参数文 件代替所有理想电感。插入损耗比使用理想电感略高。仿真 结果略有变化，如图17所示。

7 差分滤波器布局考虑
成对差分走线的长度须相同。此规则源自这一事实：
差分接收器检测正负信号跨过彼此的点，即交越点。因此，信号须同时到达接收器才能正
常工作。
差 分 对 内 的 走 线 布 线 须 彼此靠近，如果一对中的相邻 线路之间的距离大于电介质厚 度的2倍，则其间的耦合会很 小。此规则也是基于差分信号 相等但相反这一事实，如果外 部噪声同等地干扰两个信号， 则其影响会互相抵消。同样， 如果走线并排布线，则差分信 号在相邻导线中引起的任何干扰噪声都会彼此抵消。同一差分对内的走线间距在全长范围内须保持不变。
如果差分走线彼此靠近布线，则会影响总阻抗。如果此间距 在驱动器与接收器之间变化不定，则一路上会存在阻抗不匹 配，导致反射。
差分对之间的间距应较宽，以使其间的串扰最小。
如果在同一层上使用铜填充，应加大从差分走线到铜 填充之间的间隙。推荐最小间隙为走线到铜填充的走线宽度 的3倍。
在靠近差分对内偏斜源处引入少量弯弯曲曲的校正，
从而降低这种偏斜（参见图22）。 差分对布线时，应避免急转弯(90°)（参见图23）。 差分对布线时，应使用对称布线（参见图25）。 若需要测试点，应避免引入走线分支，而且测试点应
对称放置（参见图24）。
考 虑 降 低 对 滤 波 器 元 件 值 的 要 求 ， 减 少 印 刷 电 路 板 (PCB)上的调谐工作量；寄生电容和电感应尽可能小。与滤 波器设计中的电感设计值相比，寄生电感可能微不足道。寄 生电容对差分IF滤波器更为重要。IF滤波器设计中的电容只 有几pF，如果寄生电容达到数十分之一pF，滤波器响应就 会受到相当大的影响。为了避免寄生电容影响，一个良好的 做法是避免差分布线区域和电源扼流圈下有任何接地或电源 层。
ADI公司接收器参考设计板（参见图26）提供了差分滤 波器PCB布局的一个示例。图26显示ADL5201和AD6649之间 有一个五阶滤波器。AD6649是一款14位250 MHz流水线式 ADC，具有非常好的SNR性能。