理解和设计通信系统中的差分滤波器.doc

理解和设计通信系统中的差分滤波器.doc理解和设计通信系统中的差分滤波器
当提到通信系统时，比起单端电路，差分电路总是能提供更加优良的性能。它们具有更高的线性度、抗共模干扰信号性能等。但是，相比较单端 50 欧姆系统，差分电路显得更神秘一些。某些 RF 工程师认为很难设计、测试和调试它们，对于差分滤波器尤其如此。是时候揭开差分滤波器设计的神秘面纱了。
RF 信号链应用中差分电路的优点
用户利用差分电路可以达到比利用单端电路更高的信号幅度。在相同电源电压下，差分信号可提供两倍于单端信号的
幅度，它还能提供更好的线性度和 SNR 性能。图 1. 差分输
出振幅
差分电路对外部 EMI 和附近信号的串扰具有很好的抗扰性。
这是因为接收的有用信号电压加倍，噪声对紧密耦合走线的
影响在理论上是相同的， 它们彼此抵消。 差分信号产生的 EMI
往往也较低。这是因为信号电平的变化（ dV/dt 或生相反的磁场，再次相互抵消。

dI/dt

）产
差分信号可抑制偶数阶谐波。 以下展示了连续波 (CW) 通过一个增益模块的示例。 当使用一个单端放大器时， 如图 2 所示，输出可表示为公式 1 和公式 2。图
(1) (2)
当使用一个差分放大器时，输入和输出如图 3 所示，表示为
公式 3、公式 4、公式 5 和公式 6。图 (3) (4)
(6)
理想情况下，输出没有任何偶数阶谐波，使得差分电路成为通信系统一个更好的选择。
理解和设计通信系统中的差分滤波器
截止频率、转折频率或拐点频率是系统频率响应的边界，此
时流经系统的能量开始减少（衰减或反射） ，而不是自由通过。图 dB 截止频率点
带内纹波指通带内插入损耗的波动。
图 5. 带内纹波
相位线性度指相移与目标频率范围内的频率成比例的程度。图 6. 相位线性度
群延时衡量一个穿过受测器件的信号的各种正弦成分幅度
包络的时间延迟，它与各成分的频率相关。图 7. 群延时表 1. 滤波器比较图 S21 响应
图 9. 椭圆滤波器 S21 响应
图 10. 贝塞尔滤波器 S21 响应
图 11. 切比雪夫 I 型滤波器 S21 响应图 12. 切比雪夫 II 型滤波器 S21 响应
通信接收链中的 IF 滤波器基本上是低通滤波器或带通滤波器，它用于抑制混叠信号以及有源器件产生的杂散，包括谐
波和 IMD 产物等。利用该滤波器，接收链可提供高 SNR 的
信号供 ADC 分析。
切比雪夫 I 型滤波器具有良好的带内平坦度，阻带内滚降迅速且无均衡纹波响应，因而选择它作为拓扑结构。
低通滤波器设计由于接收机 IF 滤波器用于抑制杂散和混叠
信号，因此阻带滚降越快越好，但更快的滚降意味着要使用
更高阶器件。一般不推荐采用很高阶的滤波器，原因如下：
在设计和调试阶段调谐困难。
量产困难：电容间和电感间存在差异，会