[发明专利]一种可重构的复数滤波器

说明书

本发明涉及一种可重构的复数滤波器，由两个切比雪夫I型低通滤波器(I/Q两路)通过耦合电容阵列交叉耦合而成，由于卫星导航信号频率附近没有强干扰，对镜像频率的抑制超过20dB即可，采用三阶切比雪夫低通在满足镜像抑制比的前提下有利于低功耗和小芯片面积。滤波器中以5bit电容阵列替代单个电容，能极大克服因电压、工艺、温度和器件老化引起的频率偏差，使频率精度误差在4％以内。并设计了控制电容阵列接入方式的频率自调谐电路，该电路采用主从调节方式，以离散的开关电容阵列作为可调元件，调整电路和滤波电路相互独立，不会在信号通路中引入额外的噪声，且构成部件较少，有利于实现低功耗的小芯片面积。

技术领域

本发明涉及一种应用于GNSS接收机射频前端芯片的低功耗、高精度、可重构有源复数滤波器，属于射频集成电路和卫星导航终端领域。

背景技术

随着中国的北斗、欧洲的伽利略和俄罗斯的格洛纳斯相继投入使用，卫星导航正由传统的单GPS时代向GNSS时代过度，形成GPS+伽利略系统+其它系统(如格洛纳斯、北斗)的多系统并存的局面。这种发展趋势要求接收机射频前端支持多模、多频接收，采用可重构的射频前端在满足多模GNSS接收需求的同时能够简化电路结构，从而降低成本和功耗。同时随着民用市场对卫星导航服务的需求进一步扩大，GNSS接收机在手机、智能手表、车载导航等移动终端中的应用越来越广泛，通常移动式设备对功耗、体积等指标有较高的要求，体现在射频前端中即为低功耗、小芯片面积。

GNSS接收机的射频前端，通常是指从接收机的天线端，经由预滤波器、低噪声放大器、混频器、滤波器、自动增益控制器、直至模数转换器之间的电路模块。射频前端主要分为超外差结构、零中频结构和低中频结构三种。超外差结构接收灵敏度高，但电路复杂、难以集成且功耗大；零中频结构集成度高、功耗低，但结构复杂，闪烁噪声大；低中频结构具有集成度高、不易受直流偏差和闪烁噪声影响的优点，成为目前GNSS接收机的主流架构。

各种结构的接收机都必须解决镜像干扰的问题。所谓的镜像信号，是指与有用射频信号关于本振频率对称的信号。镜像信号也被混频器下变频到中频，从而对有用信号造成干扰，甚至完全淹没有用信号。为了实现镜像抑制和信道选择，需要采用具有不对称滤波效果的滤波器，目前主要实现有两种：一是通过多相复数滤波器与低通滤波器的级联来实现镜像抑制和带外抑制；二是通过有源复数滤波器实现镜。其中有源复数滤波器可以分为基于运算跨导放大器(OTA)的Gm-C型和基于运算放大器(OPA)的Active-RC型，本发明采用的是在稳定性、动态范围及灵敏度等方面有一定优势的Active-RC型。

随着卫星导航接收机从传统的单GPS模式朝多系统联合定位方向发展，GNSS接收芯片的滤波器需要具有可重构的特点，以适应不同卫星导航系统信号的特点。由于复数滤波器的带宽与中心频率主要与电阻和电容值有关，而它们的绝对值会随着工艺、温度和电压的变化而变化，从而导致有用信号衰减和镜像信号放大。因此必须加入高精度的频率自动校准电路，通过调整电阻阵列调节增益和带宽，通过电容阵列调节频率，从而对通带带宽和中心频率同时进行校准。

发明内容

本发明的目的是为适应多模多频GNSS接收机需求，设计出一种多模多频可重构Active-RC复数滤波。该复数滤波器能通过程序将中心频率配置成+/-4.092MHz，带宽能配置为4MHz模式或2MHz模式，以适应多模、多系统GNSS接收机的需求。

本发明主要采用如下技术方案：

一种可重构的复数滤波器，其特征在于，包括结构相同的I、Q两路通滤波器，I、Q两路低通滤波器通过交叉连接的电阻阵列耦合实现中心频率的搬移，通过修改控制字改变耦合电阻阵列接入的电阻大小可以调整复数滤波器的中心频率值；I路与Q路的电路结构相同，每一路包括一个三阶低通切比雪夫I型滤波器以及与三阶低通切比雪夫I型滤波器输出连接的频率自调谐电路；三阶低通切比雪夫I型滤波器包括一个1阶Active-RC低通滤波器和一个Tow-Thomas 2型Active-RC低通滤波器级联而成，通过调整接入的电阻值改变截止频率以及增益。