一种四阶有源LC射频带通滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种四阶有源LC射频带通滤波器，属于集成电路设计技术领域。它基于CMOS工艺，采用了电流检测电阻和跨导的形式模拟电感耦合把两级二阶LC谐振器耦合成为四阶LC带通滤波器。该带通滤波器由连接方式相同、结构对称的两级二阶LC谐振电路、两个输入阻抗匹配电路、两个级间耦合电路以及两个输出阻抗匹配电路组成。本发明专利技术的射频带通滤波器不仅解决了二阶有源LC带通滤波器的带内平坦度较差的问题，而且可采用CMOS工艺进行片上集成，大大提高了集成度，为无线接收机的射频前端实现单片集成提供了一种可行方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种四阶有源LC射频带通滤波器，属于集成电路设计

技术介绍
近年来，随着无线通信市场的迅速发展，对移动电话、GPS导航设备、电子医疗设备等移动通信设备的低成本、小型化要求越来越高。作为移动通信系统中最重要的射频前端模块也正向SoC方向发展，以满足系统低成本和小型化的要求。在移动通信系统中，射频前端模块用来调制发送信号和解调接收信号，以接收机中的射频前端模块为例，其组成包括低噪声放大器、混频器、频率综合器、带通滤波器等电路。随着CMOS工艺的快速发展和日益成熟，使得射频前端中的低噪声放大器、混频器、频率综合器等核心电路都可以采用CMOS工艺实现。而唯独射频带通滤波器，由于其工作频率较高，对插入损耗、噪声系数等要求较苛刻，用CMOS工艺实现的片上射频带通滤波器很难达到接收机系统的要求，因此，目前的普遍做法是采用性能较高的片外SAW (Surface Acoustic Wave)带通滤波器。很明显这种做法不利于系统的小型化和低廉化，尤其是对于具备多种通信模式、支持多个频段的移动通信设备来说，需要多个不同频段的片外带通滤波器，这样不仅使系统的体积变得很庞大，而且提高了系统的成本，增大了功耗。所以，急需一个高性能的符合移动通信系统要求的片上集成CMOS射频带通滤波器来取代片外SAW带通滤波器，从而实现射频前端的完全单片集成。据此，国内外许多研究机构都对射频带通滤波器的集成进行了不同程度的研究和报道。文献报道显示，目前，集成射频带通滤波器的研究多数集中在有源LC带通滤波器这一类型上，即采用有源负阻电路来补偿LC谐振回路中CMOS螺旋电感产生的欧姆损耗，从而实现高品质因数的射频带通滤波器。然而单纯的由一个LC谐振回路与一个有源负阻补偿电路实现的带通滤波器(即二阶有源LC带通滤波器)的带内平坦度较差，若要提高带内平坦度，应该设法增大带通滤波器的阶数。
技术实现思路
本专利技术针对二阶有源LC射频带通滤波器的带内平坦度较差的不足，提供一种四阶有源LC射频带通滤波器。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下一种四阶有源LC射频带通滤波器包括输入阻抗匹配网络、第一级二阶LC谐振器、耦合网络、第二级二阶LC谐振器和输出阻抗匹配网络；所述输入阻抗匹配网络和差分信号输入端相连，用于将射频带通滤波器的输入阻抗匹配到50 Ω ；所述第一级二阶LC谐振器与输入阻抗匹配网络相连，用于产生射频带通滤波器的中心频率和调节射频带通滤波器的带宽；所述耦合网络与第一级二阶LC谐振器相连，用于将第一级二阶LC谐振器和第二级二阶LC谐振器耦合成四阶射频带通滤波器；所述第二级二阶LC谐振器与耦合网络相连，用于产生射频带通滤波器的中心频率和调节射频带通滤波器的带宽；所述输出阻抗匹配网络一端和第二级二阶LC谐振器相连，另一端和4差分信号输出端相连，用于将射频带通滤波器的输出阻抗匹配到50Ω。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述第一级二阶LC谐振器和第二级二阶LC谐振器各包括LC谐振回路、 差分输入级和有源负阻补偿电路，所述LC谐振回路分别与差分输入级和有源负阻补偿电路相连。进一步，所述差分信号输入端有两个，分别为第一差分信号输入端和第二差分信号输入端；所述差分信号输出端有两个，分别为第一差分信号输出端和第二差分信号输出端。进一步，所述LC谐振回路包括第一 CMOS螺旋电感、第二 CMOS螺旋电感、第一变容管和第二变容管；所述第一 CMOS螺旋电感的一端既与第一变容管的一端相连，又与第一差分信号输出端相连，另一端接电源电压；所述第一变容管的另一端接可调偏置电压；所述第二 CMOS螺旋电感的一端既与第二变容管的一端相连，又与第二差分信号输出端相连，另一端接电源电压；所述第二变容管的另一端接可调偏置电压。进一步，所述差分输入级包括第一 NMOS晶体管、第二 NMOS晶体管和第一 NMOS尾电流管；所述第一 NMOS晶体管的栅极接第一差分信号输入端，漏极与第一差分信号输出端相连，所述第二 NMOS晶体管的栅极接第二差分信号输入端，漏极与第二差分信号输出端相连，所述第一 NMOS晶体管和第二 NMOS晶体管的源极共同与第一 NMOS尾电流管的漏极相连；所述第一 NMOS尾电流管的栅极接可调偏置电压，源极接地。进一步，所述有源负阻补偿电路包括交叉耦合而成的第三NMOS晶体管和第四 NMOS晶体管，以及第二 NMOS尾电流管；所述第三NMOS晶体管的栅极和第四NMOS晶体管的漏极相连，所述第四NMOS晶体管的栅极和第三NMOS晶体管的漏极相连，所述第三NMOS晶体管和第四NMOS晶体管的源极共同连接到第二NMOS尾电流管的漏极；所述第二NMOS尾电流管的栅极接可调偏置电压，源极接地。进一步，所述输入阻抗匹配网络包括第一输入阻抗匹配电路和第二输入阻抗匹配电路，所述第一输入阻抗匹配电路和第二输入阻抗匹配电路是在第一级二阶LC谐振器的差分输入级的基础上，分别在第一 NMOS晶体管的栅极和第一差分信号输入端之间串联第一电感，在第二 NMOS晶体管的栅极和第二差分信号输入端之间串联第二电感，在第一 NMOS 晶体管的源极和第一尾电流管的漏极之间串联第三电感，在第二 NMOS晶体管的源极和第二尾电流管的漏极之间串联第四电感而形成的。进一步，所述耦合网络包括第一级耦合电路和第二级耦合电路，所述第一级耦合电路和第二级耦合电路均包括第一电流检测电阻、第二电流检测电阻和跨导单元，所述跨导单元包括第一跨导尾电流管、第二跨导尾电流管和第三NMOS尾电流管，所述第一电流检测电阻和第二电流检测电阻分别串联在第一级二阶LC谐振器或第二级二阶LC谐振器中LC 谐振回路的第一CMOS螺旋电感和电源电压，以及第二CMOS螺旋电感和电源电压之间；所述第一电流检测电阻连接到第一跨导尾电流管的栅极，所述第二电流检测电阻连接到第二跨导尾电流管的栅极，所述第一跨导尾电流管和第二跨导尾电流管的源极分别与第二级二阶 LC谐振器或第一级二阶LC谐振器的输出端相连，所述第一跨导尾电流管和第二跨导尾电流管的源极与第三NMOS尾电流管的漏极相连；所述第三NMOS尾电流管的栅极接可调偏置电压，源极接地。进一步，所述输出阻抗匹配网络包括第一输出阻抗匹配电路和第二输出阻抗匹配电路，所述第一输出阻抗匹配电路和第二输出阻抗匹配电路分别由NMOS源极跟随晶体管和NMOS偏置电流晶体管串联组成；所述NMOS源极跟随晶体管的漏极接电源电压，栅极与第二级二阶LC谐振器的输出端相连，源极与NMOS偏置电流晶体管的漏极相连，并一起连接到射频带通滤波器的差分信号输出端；所述NMOS偏置电流晶体管的栅极接偏置电压，源极接地。本专利技术的有益效果是本专利技术四阶有源LC射频带通滤波器基于CMOS工艺，采用电流检测电阻和跨导的形式模拟电感耦合的形式把两级二阶LC谐振器耦合成为四阶LC带通滤波器，该带通滤波器由连接方式相同、结构对称的两级二阶LC谐振电路、两个输入阻抗匹配电路、两个级间耦合电路以及两个输出阻抗匹配电路组成，通过合理选择电流检测电阻的阻值，可以得到所需的带内平坦度，解决了二阶有源LC带通滤波器的带内平坦度较差的问题。采用有源负阻补偿技术，提高了 CMOS片上螺旋电感的品质因数，为射频带通滤波器的片上集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种四阶有源ＬＣ射频带通滤波器，其特征在于，所述射频带通滤波器包括输入阻抗匹配网络、第一级二阶ＬＣ谐振器、耦合网络、第二级二阶ＬＣ谐振器和输出阻抗匹配网络；所述输入阻抗匹配网络和差分信号输入端相连，用于将射频带通滤波器的输入阻抗匹配到５０Ω；所述第一级二阶ＬＣ谐振器与所述输入阻抗匹配网络相连，用于产生射频带通滤波器的中心频率和调节射频带通滤波器的带宽；所述耦合网络与第一级二阶ＬＣ谐振器相连，用于将第一级二阶ＬＣ谐振器和第二级二阶ＬＣ谐振器耦合成四阶射频带通滤波器；所述第二级二阶ＬＣ谐振器与耦合网络相连，用于产生射频带通滤波器的中心频率和调节射频带通滤波器的带宽；所述输出阻抗匹配网络一端和第二级二阶ＬＣ谐振器相连，另一端和差分信号输出端相连，用于将射频带通滤波器的输出阻抗匹配到５０Ω。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，张海英，赵磊，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11