基于 TD-SCDMA 的 CMOS 低通滤波器的设计
梁 振， 王 昭， 郑卫国
（广晟微电子有限公司，广州 510630）
【摘 要】这里提出一种基于时分同步码多址技术（TD-SCDMA ）的互补金属氧化物半导体（CMOS ）滤波器带宽校正
方法
及校正电路。该方法应用于 R S1012 芯片(TDSCDMA 无线收发芯片），该芯片采用 0.18um 射频（RF ）COMS 工艺。滤波器带宽的 调节范围和调节精度在理论和投片中都得到了验证。实现该方法的 RC 校正电路结构简单，版图面积很小，只有 0.04 mm 2，电 流仅为 600 uA 。校正电路最大调节范围设计值为+30%，校正精度为+2.1%，此测试结果与理论计算是一致的。 【中图分类号】
TN432
【文献标识码】B
【文章编号】1002-0802(2011)01-0087-03
媒体播放Design on Low-pass Filter based on TD-SCDMA
LIANG Zhen ， WANG Zhao ， ZHENG Wei-guo
【Abstract 】A novel automatic tuning method for RC filters is proposed for CMOS zero-IF transceivers. The tuning range and tuning accuracy is analyzed theoretically. The method is applied to RS1012 (TDSCDMA wireless transceiver chip), the chip adopts 0.18um RF COMS process. The tunning circuit occupies 0.04 mm 2 , and its current comsumption is only 600uA. The measurement result of the filter and the tuning circuit shows that the maximum ± 30% time –constant variation could be tuned within ± 2.1% accuracy, this is consistent with the theoretical results.
【Key words 】Automatic bandwidth adjustment; low pass filter; time-constant automatic adjustment
0 引言
进入21世纪以来，CMOS 技术的射频收发芯片发展特别迅 速，集成度越来越高，芯片尺寸和成本都越来越小。在目前 的射频芯片收发器中，普遍采用低中频或零中频的方案，但 在这两种方案中，混频器把射频信号混频到低频的同时，临 道的信号也同样会被混频到低频，这是大家不想要的[1-6]
。所 以必须设计一种带宽足够精确的滤波器，在保证有用信号不 被衰减的同时，把临道的信号抑制到所期望的值。但是工艺 偏差会导致电容和电阻值的变化，而电容和电阻值的变化又 会导致时间常数也产生变化。而滤波器的带宽又与时间常数 成比例关系。但是工艺偏差使所设计的滤波器无法得到一个 不变的截止频率。甚至在最差的情况下，截止频率会偏离所
设计值的+30%，这是无法容忍的。所以必须为滤波器设计一 种自动调节带宽的电路来解决这个问题。目前很多自动调节 的电路已经被提出，但是他们都是广泛应用在gm-c 滤波器 中[7]。但是gm-c 滤波器有很多缺点，比如很难做足够的动态 范围，线性很低，消耗电流很大，调节电路复杂。有源RC 滤 波器可以克服上述缺点，该滤波器被广泛使用在零中频的电 路或低中频的电路中[8]。目前自动调节RC 时间常数大多都会 使用数字锁相环来进行调节，调节电路非常复杂，调节精度 也同样受到限制[9-10]。因此这里提出了一种简单的调节RC 时 间常数的电路。
1 有源RC 滤波器自动校正电路
为了更好的阐述所提出的方法，这里使用一阶低通滤波 器来说明。图1是滤波器及电容阵列。电容阵列中的实际电 容值为：
SCDMA ， N −1
N − 2 C = C min + b N −1 2
∆C + b N − 2 2 ∆C + … +
b 1 2∆C + b 0 ∆C = C min + n ∆C (0 ≤ n ≤ 2 − 1) ，
N
（1）
收稿日期：2010-06-08。 作者简介：梁 振（1979-），男，工程师，主要从事 TD-SCDMA ，LTE ，
SCDMA ，GSM/EDGE 等射频芯片的设计研发工作；王 昭
（1979-），男，工程师，主要从事 TD-SCDMA ，LTE ，
GSM/EDGE 等射频芯片的设计工作；郑卫国（1972-），男，主 要从事涉及 3G 尤其是 TD-SCDMA 系列标准的射频芯片的开发 工作。
其中：
其中：
1
6 5 2
C min =
× C nom ，
1 + A
v 1 = vdd , v 2 = vdd , v 3 = vdd ， 8 8 8
（5）
2 A 由式（4）和式（5）可以得出 ∆t = 3R × C x = 1 − ∆t
act ，
∆C = × C 。
（2）
(2N − 1)(1 − A 2 )
nom （6）
在式（2）中， C nom 为正常条件下滤波器的电容值，b 为 第N 位的调节码。A 为时间常数调节范围，即时间常数可以在
1+ A 范围内进行调节。当由于工艺偏差或温度变化引起时间 常数偏离设计值1+x 倍后，这里可以通过改变n 来调节时间常 数达到所期望的值，n 的计算公式如下： ∆t nom
其中 ∆t 为这里设计值，而 ∆t 为这里芯片实际工作测量值。
⎡ (2N − 1)(1 − A 2 ) ⎤
1 1 n = R ound ⎢ × ( − )⎥ ，
（3）
2 A
1 − x 1 + A ⎦ ⎣ 其中： 0 ≤ n ≤ 2N − 1, − A ≤ x ≤ A 。
ΔC
图 2 RC 时间常数校正电路
现RS1012芯片中所用滤波器举例来进一步阐述该方法， 该芯片是采用零中频结构的TDSCDMA 无线收发芯片。其中 滤波器采用6阶切比雪夫有源RC 滤波器。滤波器的3 dB 带宽 在768 kHz ，其中 C nom = 4.846 pF 。由于在最恶劣情况下工艺 偏差为30%，所以取A =0.3，由公式（2）可以得出：
nom
+
V in
V out
-
1
× 4.846 p F = 3.728 pF , C =
min 1 + 0.3
2 × 0.
3 × 4.846 pF=103.1 pF 。
∆C = (25 − 1) × (1 − 0.32 )
为了保证在RC 常数检测电路中和在滤波器中所采用的 电容和电阻工艺偏差的一致性，在这两种电路中所采用电容 和电阻必须为同一类型。在R C 常数检测电路中，取 R = 382.94 k Ω，C=3.22 pF ，则 ∆t = 3RC = 3.69 us 。如果芯片采
图 1 一阶滤波器及其校正电路
所以如果得到x 的值，即得到了该次工艺的RC 设计偏差， 就得到了n 的值，就可以调节滤波器的截止频率到所期望的 值。但是如何得到x 值呢？这里的方法是通过时间常数检测电 路计算出时间常数，此时间常数反馈回电容阵列，控制电容 阵列n 的值，从而得到所期望的滤波器的截止频率。图2是时 间常数检测电路（RC tune circuit ）, 它是由电阻阵列，3个跟 随器，和一个比较器组成。具体工作步骤如下，开始电路工 作后，开关1闭合2个时钟周期，强制节点m 和n 的电压等于v 2, 之后开关断开，此时积分器开始积分，数字电路开始计时， 积分时间由电容和电阻时间常数决定。当d 点的电压等于v 3时， 比较器翻转，计时结束。现可以通过从开关断开到比较器翻 转所用的时间计算积分器工作的时间，从而得出实际RC 时间 常数。通过实际RC 时间常数与设计RC 时间常数的比率，可以 计算出x ，从而可以控制滤波器的电容阵列的n ，来得到所期望 的截止频率。 由图2可以得到：
4.78 ×10−6
用参考时钟为26 M ，则 NOP nom = Round( ）= 6 1/ (26 ×10 ) 96。其中 NOP 为设计时钟周期个数。
假如芯片测量时钟周 nom ∆t 期个数 NOP act =100 ，由公 式（ 6 ）得 ， x = 1 − =
∆t act
nom 100 × 1 26 ×106 = −0.042 ，所以由公式（3）得：
1 − 96 × 1 26 ×106
(25 − 1)(1 − 0.32 ) 1 1 n = Round(
× ( − 1 + 0.042 1 + = 9 。
0.3
2 × 0.
3 于是数字电路把电容阵列变为01001来校正滤波器的截
止频率为期望值。 调节精度也是这里关心的重点，其精度与电容阵列的位
数（N ）有关，位数越高精度越高，反之精度越小.调节精度 的计算公式如下：
2 A
×100% 。 （7）
R =
双人自行车
N
2
(2 − 1)(1 − A )
(v 1 − v 2) × ∆t
= v 2 − v 3 ，
（4）
R × C 在上例中取N =5，A =0.3，由公式（7）得：R =2.1%。
88
-
+
2∆C
4∆C 8∆C 16∆C C min R
2 测试结果
3 结语
使用0.18um RF CMOS 工艺设计的RS1012 (TD-SCDMA 收发芯片)包括有源RC 滤波器和RC 自动校正电路，校正电路 的版图面积特别小，只有0.04 mm 2。它的芯片投影照片如图3 所示。滤波器使用6阶巴特沃思有源RC 滤波器，电容阵列选 择N =5，芯片的时钟频率为26 M，校正时间小于7 us 。从芯片测 量结果可以得到，控制滤波器寄存器的n 值为13（01101）。 图4就是就是滤波器带宽测量结果。测试结果显示滤波器的 带宽为770 kHz，与设计值768 kHz 非常接近。
这里提出了基于TD-SCDMA 的CMOS 滤波器的校正方法及 其校正电路。该RC 校正电路结构简单，校正速度快，版图面 积小，功耗低，已经在多个芯片（包括TDSCDMA 芯片，WCDMA 芯片,SCDMA 芯片等）中都得到验证，此校正电路校正范围大， 精度高，使用5位的电容阵列精度可以达到2.1%。此校正电 路还可以用在中频滤波器以及使用RC 时间常数的电路中。
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图 3 局部芯片投影照片
中心频率 1.079 592 MHz 标志 1
Re
频率/Hz
跨度:2 MHz
图4 滤波器带宽测量结果
（上接第 70 页）
独立于任何一种特定的编程模型和其他特定实现的语义。
负离子加湿器
SOAP 确立了 Web 服务之中的通信框架，确立了服务提供者 和服务请求者的物理交互方式，那么 WSDL 就担当了 SOA 当中的 关键的服务契约作用。WSDL 是一种用来描述 Web 服务和说明如 何与 Web 服务通信的 XML 语言。Web 服务描述语言(WSDL)基于 XML 语言，用于描述 Web 服务及其函数、参数和返回值。因为 是基于 XML 的，所以 WSDL 既是机器可阅读的，又是人可阅读的。 开发工具既能根据你的 Web 服务生成 WSDL 文档，又能导入 WSDL 文档，生成调用相应 Web 服务的代码。采用 Power Designer 作为数据库建模工具，通过建模工具创建数据库代码。 的安全威胁，并给出物联网安全管理框架，初步设计了一种 基于 SOA 架构的物联网安全管理系统。物联网安全管理系统 的详细设计和具体实现，以及对该系统功能、性能的验证将 是下一步的工作。
参考文献
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3 结语
这里在物联网网络结构的基础上，分析物联网各个层次
89
增益/d B
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