在低中頻射頻接收機(jī)中，如圖1所示，射頻信號經(jīng)過下混頻，產(chǎn)生I、Q兩路正交低中頻信號，之后直接通過帶通ΣΔADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于中頻不在直流處，可以避免直流失調(diào)和閃爍噪聲。正交帶通ΣΔADC比傳統(tǒng)的帶通ΣΔADC更適用于低中頻架構(gòu)，這是因為前者的噪聲整形零點全部分布在單一頻域，后者的噪聲整形零點則對稱的分布在正負(fù)頻域，負(fù)頻域的噪聲整形零點是浪費，正交帶通ΣΔADC在噪聲整形性能上有優(yōu)勢。正交帶通ΣΔADC由模擬和數(shù)字兩部分組成，模擬部分是正交帶通ΣΔ調(diào)制器，數(shù)字部分是抽取濾波器，本文主要研究正交帶通ΣΔ調(diào)制器。

圖1　低中頻接收機(jī)架構(gòu)

　　連續(xù)時間ΣΔ調(diào)制器與離散時間ΣΔ調(diào)制器相比，它具有一些顯著的優(yōu)勢，特別是無需獨立的抗混疊濾波器，同時降低對運(yùn)放單位增益帶寬和擺率的要求，從而有利于降低了調(diào)制器的功耗。文獻(xiàn)首次提出并驗證了連續(xù)時間正交帶通ΣΔ調(diào)制器架構(gòu)，近幾年文獻(xiàn)也提出了一些成功的設(shè)計。其根本設(shè)計方法都是將兩個低通濾波器的輸入輸出進(jìn)行交叉耦合來構(gòu)成一個具有帶通濾波特性的復(fù)數(shù)濾波器。

　　眾所周知，連續(xù)時間ΣΔ調(diào)制器有一些固有的非理想特性，時鐘抖動就是最主要的非理想特性之一。本文主要研究如何減少時鐘抖動影響，設(shè)計了一個對其不敏感的四階連續(xù)時間正交帶通ΣΔ調(diào)制器。

　　1　復(fù)數(shù)濾波器

　　在低中頻架構(gòu)中，經(jīng)過下混頻產(chǎn)生的I、Q兩路正交實信號可以表示成一個復(fù)數(shù)信號:

　　復(fù)數(shù)信號最重要的特性之一就是頻譜關(guān)于直流不對稱。處理復(fù)數(shù)信號就需要復(fù)數(shù)濾波器，如圖2所示，它是由實數(shù)濾波器經(jīng)過交叉耦合而形成，

圖2　復(fù)數(shù)積分器

　　其傳輸函數(shù)為:

　　實數(shù)積分器具有低通特性，其傳輸函數(shù)的頻譜關(guān)于直流對稱，而復(fù)數(shù)積分器具有帶通特性，其傳輸函數(shù)頻譜的對稱軸平移到了：

　　復(fù)數(shù)濾波器是構(gòu)成正交帶通ΣΔ調(diào)制器的基本模塊，其傳輸函數(shù)的極點就是ΣΔ調(diào)制器的噪聲整形零點。

　　2　正交帶通調(diào)制器

　　目前連續(xù)時間正交帶通ΣΔ調(diào)制器的設(shè)計方法主要有兩種: (1)先設(shè)計一個優(yōu)化好零點位置的連續(xù)時間低通ΣΔ調(diào)制器，然后用它構(gòu)成I、Q兩路，最后對兩路調(diào)制器進(jìn)行交叉耦合實現(xiàn)頻譜搬移; (2)通過平移離散時間低通ΣΔ調(diào)制器的NTF，得到一個離散時間的復(fù)數(shù)NTF，然后對它進(jìn)行DT2TO2CT變換，最終可以求得調(diào)制器的各支路系數(shù)。方法2設(shè)計過程繁瑣，且整個調(diào)制器系數(shù)多，在電路實現(xiàn)時意味著更多的元件。

　　本文采用的方法與第一種類似，調(diào)制器的設(shè)計分為兩步: 首先設(shè)計四階連續(xù)前饋低通ΣΔ調(diào)制器，然后根據(jù)文獻(xiàn)提供的四階ΣΔ調(diào)制器的零點位置確定耦合電阻大小。

　　四階前饋低通ΣΔ調(diào)制器整個環(huán)路濾波器是由有源RC積分器構(gòu)成的，這是因為與開環(huán)結(jié)構(gòu)的gm2C濾波器相比，反饋結(jié)構(gòu)的有源RC積分器具有更好的線性度。之所以選擇前饋結(jié)構(gòu)，是因為前饋結(jié)構(gòu)中只有誤差信號通過整個環(huán)路濾波器，這降低了對各級積分器動態(tài)范圍的要求，從而減少了功耗。然而前饋結(jié)構(gòu)需要額外的求和模塊，為了使求和網(wǎng)絡(luò)在大的輸入信號下仍具有良好線性，選擇采用電阻比例積分器。

　　量化器選擇本質(zhì)上線性的1 bit比較器，反饋路徑上采用對時鐘抖動不敏感的開關(guān)電容DAC。

　　調(diào)制器零點頻率即為復(fù)數(shù)積分器的中心頻率fC ，根據(jù)式( 3)可以求出各級耦合電阻Rωi的值。表1反映了本文設(shè)計的正交帶通ΣΔ調(diào)制器零點的分布情況， Ci 為各級積分器的積分電容。