主動式濾波器

現今濾波器所產生的極點與零點都是以被動元件組合而成，極零 點的產生定由電感電容所形成的串聯諧振與並聯諧振，一般都是以印 刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)及低溫陶瓷共燒(Low

Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)來實現，但若要在IC上實現，現 今被動濾波器通常以60GHz及77GHz為主流，由於操作在高頻其尺寸 相對較低頻較小，而如今操作在2.4GHz，很容易碰到螺線型電感面積 太大的問題，即使面積大小暫不作考慮，在CMOS 0.18μm上矽基板的 損耗使得Q值一直表現不佳，以至於濾波效果一直不好，因此本實作 則利用主動式電感來改善此兩大問題，(1)主動元件構成：面積微型 化；(2)可產生負阻抗式的主動電感：Q值大幅提昇。

C

C

/2 C

C

C

L

C

C

L

Term1 Term2

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

圖 4.4 為具有兩傳輸零點(transmission zero)的帶通濾波器，其中 Lp1與 Cp3在並聯路徑作並聯諧振和 Lp2與 Cp4在並聯路徑作並聯諧振 (supression)分別為 20dB 與 40dB，由於傳輸零點在 2.3GHz 非常靠近 2.4GHz 所以抑制能力較差，且植入損耗也被此一零點影響，稍微被 扯下來，但也是因為只有如此高 Q 值才能有辦法在如此靠近頻帶下 產生明顯的抑制效果。

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

圖4.8為兩級低雜訊放大器且具帶外零點，其中在輸入端的部份在 量測時使用了Bias-Tee同時將RF訊號與DC灌入，即可省下必頇多一個 PAD的面積；另外在Cex的部份則是因為在2.4GHz頻段的應用，通常 Lg1需要相當大的感值，且在矽製程上其寄生阻抗相當可觀，並會成 為雜訊貢獻的主因之一，因此考慮到

1 1

( ) 1

( )

in g s t s

gs ex

Z s L L L

s C C 

   



可縮小Cgs不會影響到Ls因此變大，且增加Cex可使Lg變小，對雜訊指 數會有改善的效果。但過大的Cex會減少等的截止頻率，進一步影響 到增益。

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

S11_simulation S21_simulation S22_simulation

S-parameter (dB)

Frequency(GHz)

S11_measurement S21_measurement S22_measurement

圖 4.11 S 參數

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

第四章 主動式濾波低雜訊放大器 操作偏壓為 1.64V，消耗電流為 5.86mA，總消耗功率為 32.56mW。

圖 4.10 為主動式濾波器晶片照，圖片左側為 GSG PAD，訊號輸

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

LC tank 的頻率有偏差，造成增益下降，但也因此變得較平坦，不過 傳輸零點的位置相當相當一致，但靠近 2.4GHz 的傳輸零點太靠近主 要頻帶所以零點砍不深，至於輸入輸出返回損耗都在 10dB 以下。

圖 4.12 為線性度部分，IP1dB為-56dBm，OP1dB為-46dBm，IIP3為 -47dBm，OIP3為-37dBm。

圖 4.13 為雜訊指數的部分，由於 LNA 的兩個頻帶有稍微偏差，

除了帶來增益的下降之外，抑制雜訊的效果也因此下降，所以必頇犧 牲電流來提高增益藉此降低雜訊，在 2.4GHz 為 4.9dB。

圖 4.14 表現出主動電感可調諧的特性，電壓從 1.45V 到 1.69V，

電流也從 4.66mA 到 6.21mA，傳輸零點位置從低頻走至高頻約有 300MHz 的調諧範圍。

第四章 主動式濾波低雜訊放大器

Post-sim Measurement S₁₁ <-10dB