电路设计原理 - 模数混合型FIR噪声滤波器设计

　　式中：θref为参考信号相位;θsig为环路返回信号相位;θqn为相位域的量化噪声;ni为调制器输出的延时深度，Ii为多输入电荷泵的各支路电流;fref为鉴相器工作频率;H(z)为针对量化噪声的等效FIR滤波的传递函数：

　　

 

　　电荷泵电流在该结构中扮演了双重角色。从式(1)可以看出，同常规结构一样，总电流影响了环路动态特性;另一方面，式(2)表明各支路电流决定了所实现FIR滤波器传递函数的各项系数。只要根据所要实现的传递函数设置调制器输出的延时深度以及电荷泵各支路电流的分配比例，就可以实现全定制的噪声整形。此外，式(2)中当f=0时，将有H(z)≡1。这表明无论设计参数如何选取，该结构所实现的FIR滤波器恒有单位直流增益，因此从根本上解决了现有数字FIR噪声滤除技术中的噪声增益问题。

　　

 

　　现以8抽头混合型FIR滤波器为例，分析该结构所实现的全定制噪声整形。通过采用并行8支路鉴相器和1个8输入的电荷泵，并给电荷泵各支路分配相同的电流，设置图1中调制器输出的每级延迟为单个时钟周期，可以实现如图3所示的滤波器频域响应。对应的传递函数为：

　　

 

　　图4是行为级仿真得到的采用混合型FIR滤波器的新结构锁相环输出的频谱，并与传统结构做了对比。所有模块均为无噪声理想模型，因此频谱中只含△-∑调制带来的量化噪声。所用参考时钟频率为14.318 MHz;输出频率为532 MHz，对应的分频比为37.156;电荷泵总电流为320μA，对应每个支路40μA;振荡器增益为250 MHz/V;环路滤波器采用2阶;环路带宽设为700 kHz，对应的过采样率仅为10;所用调制器为3阶MASH结构。图中横坐标按照参考时钟频率归一化。对比图4和图3可以看出，混合型FIR滤波器按照其传递函数实现了预期的对量化噪声的抑制。

　　

 

　　图5(a)是行为级仿真得到的环路建立过程中振荡器控制电压的瞬态波形。从相同的建立过程(包括其中的周期滑动现象)可以看出，由于新结构中多输入电荷泵的总电流与传统结构保持一致，因此混合型FIR滤波器的使用不会影响环路动态特性。

　　图5(b)是对比采用混合型FIR滤波器的新结构与传统结构在环路锁定时的瞬时相位误差电压(即2阶环路滤波器中电阻两端的电压)。从中可以看到，尽管环路呈现相同的动态特性，但新结构中的瞬时相位误差电压远小于传统结构。这表明高频量化噪声得到了混合型FIR滤波器的有效抑制。