一种提升带外抑制与线性度的滤波器设计方法

本发明属于滤波器，具体为一种提升带外抑制与线性度的滤波器设计方法。

背景技术：

1、近年来，随着无线通信技术以及卫星雷达技术的迅速发展，人们对无线通信需越来越高。蓝牙、lot、lte、5g以及uwb(超宽带)雷达等各种各样的无线通信系统也不断地涌现。这些无线通信方式的发展也对人们的生产和生活产生了巨大的影响。目前，人们对通信方式的传输速率需求越来越高，通信系统所占用的带宽也逐渐增大，所使用的调制方式也变得更加复杂。

2、更宽的射频带宽和基带带宽也对接收机的设计提出了更高的挑战。更宽的射频前端带宽会使得更多的带外干扰信号进入到接收机中，过强的带外干扰可能会产生阻塞，进而会影响接收机对正常信号的接收。同时，不同的带外信号之间也会产生互调，互调产的新频率分量可能会进入带内，进而影响带内有用信号的接收。因此，上述问题的存在就对接收机模拟基带滤波器的抑制带外干扰的能力提出了严苛的要求，同时多的带外干扰还要求基带滤波器具有一个较高的线性度，能够减少互调分量的产生。

3、针对上述问题，本发明提出了一种结合基于无源器件的高阶无源滤波器和基于有源跨导放大器的高阶有源滤波器的滤波器线性度和带外抑制能力提升技术。本发明通过在有源滤波器前引入具有高线性度的无源滤波器，使得较强的带外的干扰信号能够在进入有源滤波器前被部分滤除，进而对带外信号产生抑制的同时能够减少后级有源滤波器中非线性成分的产生。同时，通过引入有源滤波器，利用有源滤波器的高带外抑制能力，对带外的干扰信号进一步进行抑制，进而达到减少带外干扰信号对接收机影响的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提升带外抑制能力和线性度的滤波器设计方法，为解决在当前通信系统高速发展的情况下，宽带高速率通信对基带滤波器严苛的带外抑制能力和线性度的要求。

2、本发明提供的提升带外抑制能力和线性度的滤波器设计方法，包括设计一个基于片上无源器件的无源滤波器100和一个基于有源跨导放大器的有源滤波器101；并且，无源滤波器100位于有源滤波器101之前；所述无源滤波器100用于实现对带外干扰信号的预滤除，提供带外抑制能力并尽可能减少后级滤波器的非线性分量产生，可用于窄带及宽带；有源滤波器101用以进一步滤除带外干扰信号，以提供一个强的带外抑制能力，并同时可以在带内提供一定的增益。所述的滤波器设计在输入vin和输出vout两端实现带内电压信号的放大，并实现一个带外干扰信号的滤除。

3、所述的无源滤波器100，使用无源网络组成，该滤波器能够对带外干扰信号起到一定的滤除效果。同时无源滤波器具有一个较高的线性度，在滤除带外干扰信号的同时不会产生额外的交调信号影响所需信号的接收。同时，无源滤波器的存在能够使得带外的干扰信号在进入有源滤波器前被部分滤除，进而减少进入有源滤波器的干扰信号幅度，减少有源滤波器产生的互调非线性成分。

4、所述的源滤波器101，使用跨导放大器与阻容网络组成，该滤波器具有一个较高的带外抑制能力，同时能够在通带范围内提供一定的增益。通过对放大器的功耗和阻容网络的值进行调节，该滤波器能够实现增益、带宽的可调节，具有可配置特性。

5、所述的无源滤波器100和有源滤波器101能够进行增益与带宽的调节，实现增益带宽可配置。

6、本发明中，无源滤波器100位于有源滤波器之前，可以将到达滤波器处的带外干扰信号进行预先滤除；同时，无源滤波器100具有非常高的线性度，能够在滤除较强的带外干扰的同时不产生额外的互调分量。有源滤波器101位于无源滤波器100之后，较强的带外干扰信号已经被无源滤波器100部分滤除掉，因此在带外干扰进入到有源滤波器后，由于无源滤波器100非线性而产生的互调分量会大幅减少。同时，有源滤波器101能够在一个比较小的面积内实现一个较高的带外抑制能力，同时能够方便的进行带宽和增益的调节，因此将无源滤波器100和有源滤波器101两种滤波器相结合，能提升滤波器整体的线性度和带外抑制能力。

7、进一步地，基于无源滤波器100和有源滤波器101的滤波器线性度和带外抑制能力提升技术，所述的无源滤波器100和有源滤波器110采用片内集成的方式，在单块芯片上实现滤波器的带外抑制能力和线性度的提升，同时降低了滤波器设计的成本，提升了实用性。

8、进一步地，无源滤波器100和有源滤波器101可以应用在模拟电路的滤波器中，也可以应用在射频/毫米波收发机中的接收机和发射机链路中，包括但不限于列举的应用，其他应用也可以。滤波器可应用于电压/电流/功率的小信号滤波。

9、进一步地，无源滤波器100和有源滤波器101可以使用切比雪夫型滤波器，也可以用巴特沃斯型滤波器，也可以用贝塞尔型滤波器，还可以使用椭圆型滤波器等，包括但不限于列举的类型，其他类型都可以。

10、进一步地，无源滤波器100和有源滤波器101可以是一阶滤波器，也可以是两阶滤波器，也可以是三阶等以上的高阶滤波器；同时无源滤波器100和有源滤波器101可以是低通滤波器，也可以是高通滤波器，也可以是带通滤波器。

11、进一步地，无源滤波器100和恒定有源滤波器101可以在cmos工艺下制作，可以在bicmos工艺下制作，可以在gesi工艺下制作，也可以在gaas工艺下制作，包括但不限于列举的工艺，其他工艺都可以，此外还可以在pcb上使用分立器件制作。其中晶体管可以用双极晶体管制作，也可以用结型场效应晶体管制作，还可以用mosfet制作。

12、本发明通过结合基于片上无源器件的无源滤波器和基于有源跨导放大器的有源滤波器，实现在带外干扰信号到达有源滤波器前的预滤除，减少互调分量的产生，提升线性度；同时利用有源滤波器的高带外抑制能力的特点，进一步提升滤波器的带外抑制能力，在较小的面积和功耗下实现高线性度高带外抑制能力的滤波器。

13、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

14、传统接收机链路中的滤波器电路通常采用级联多级有源滤波器的方式进行设计，当接收机的基带带宽较宽时，由于运放的增益带宽难以做到很宽，受制于运放带宽的影响，有源滤波器的带外线性度很难做到较高水平。而本发明通过结合无源滤波器和有源滤波器的方式，通过在有源滤波器前添加一个无源滤波器电路，在不引入额外功耗的情况下实现对带外干扰的预先滤波，减少有源滤波器互调成分的产生，提升滤波器整体的带外线性度。同时，结合无源和有源滤波器具有的高带外抑制能力，能够进一步的对带外信号进行抑制，从而提升带外抑制度。此外，有源滤波器的存在使得能够方便的对滤波器的带宽和增益特性进行调节，使得整体滤波器具有可重构的优势。

技术特征：

1.一种提升滤波器的带外抑制能力与线性度的宽带滤波器设计方法，其特征在于，包括：设计一个基于片上无源器件的高阶无源滤波器(100)和基于有源跨导放大器的有源滤波器电路(101)；并且无源滤波器(100)位于有源滤波器(101)之前；其中：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述无源滤波器电路(100)使用无源网络组成；同时无源滤波器具有较高线性度，在滤除带外干扰信号的同时不会产生额外的交调信号影响所需信号的接收；同时，无源滤波器的存在使得带外的干扰信号在进入有源滤波器前被部分滤除，进而减少进入有源滤波器的干扰信号幅度，减少有源滤波器产生的互调非线性成分。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述有源滤波器(101)由跨导放大器与阻容网络组成，具有较高的带外抑制能力，同时在通带范围内提供一定的增益；通过对放大器的功耗和阻容网络的值进行调节，以实现增益、带宽的可调节，具有可配置特性。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述无源滤波器(100)和有源滤波器(101)为一阶滤波器或者两阶滤波器，或者是三阶及以上的高阶滤波器。

5.根据权利要求1-4之一所述的设计方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，可调电阻与可调电容的设计如下：使用cmos开关，对输入和输出之间的二进制的电容和电阻阵列进行选通控制，进而控制电阻和电容的取值。

技术总结
本发明属于滤波器技术领域，具体为一种提升带外抑制与线性度的滤波器设计方法。本发明包括设计基于片上无源器件的无源滤波器和基于有源跨导放大器的高阶有源滤波器；无源滤波器位于有源滤波器之前；无源滤波器用于实现对带外干扰信号的预滤除，以尽可能减少后级滤波器的非线性分量产生；有源滤波器用以进一步滤除带外干扰信号，以提供一个强的带外抑制能力，并同时在带内提供一定的增益；从而实现高线性度且高带外抑制的滤波器设计。

技术研发人员：闫娜,许灏,毕俊彦
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21