数事教术与意用
基于阻抗拟合法设计
ADS6444前端抗混叠滤波器
孙其伟1,2陈德智1范涛2
(1.华东师范大学信息科学技术学院上海200241；2.上海贝尔股份有限公司上海201206)
应用研究
摘要：本文介绍了4通道，14位模数转换器ADS6444的模拟格入特性，提出了种借助拟合输入限抗设计仿具ADS6444前端的抗混登滤波器的方法。并通过对比此法和常用抗混叠滤波器设计方法的设计效累证明了此法具有一定的优越性。
关键调：ADS抗混叠滤波器ADS6444阻抗拟合
中图分类号：TM93
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2012)01-0047-02
A/D变换器(ADC，Analog-to-DigitalConverter)作为模拟和数字的纽带已经成为现代电子设备中不可或缺的一部分。这使得 A/D变换器在测控、无线通信、雷达，软件无线电的诸多领域都有着广泛的应用。
在应用需求的推动下，ADC的采样速率，功耗，噪声的方面的性能都在不断提高。与此同时，系统对ADC前端电路也提出了更高的要求。其中，抗混叠滤波器更是影响ADC性能的关键。本文详细讨论了多通道高速ADC一ADS6444应用于零中频接收机时其前
端抗混叠滤波器的设计与仿真方法。 1、器件特性
ADS6444是TI公司推出的4通道，14位模数转换器，具有高转换率，低功耗，小封装等特点。它是一款CMOS开关电容型流水线模数转换器，辅人端没有输入缓冲器，外部差分输人信导直接与内部开关电容的跟踪/保持电路相连接。这种结构可以提高采样速率，降低功耗，但却使得器件的输人阻抗随时间和信号频率不同而变化。
ADS6444在跟踪模式下的差分阻抗幅值与输入信号频率之间的曲线由图2左侧的曲线可知，在跟踪模式下，差分输人阻抗一般为复数，包括实部的电阻特性和虚部的电容特性。因此，要充分提高 ADS6444的性能就必须设计出相应的抗混叠滤波器，使其在工作频
率范围内阻抗最大程度的匹配。 2、滤波器的设计
根据系统性能的需求，抗混受滤波器应满足下面的指标要求： 3dB截止额率：30MHz
0—20MHz平坦度：±0.5dB 等起伏带宽：20MHz；
带外抑制@61.44MHz;≥45dBc。 3、滤波器原型的选择及器件值估算
理想的低通滤波器应该能使所有低于截止频率的信导无损通
过，而所有高于截止频率的信号则被无限的衰减。然而，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是尽力逼近这种特性面已。根据所选的逼近函数的不同，可以得到不同的响应。虽然逼近函数多种多样，但是考虑到实际电路的使用需求，我们通常会选用巴特沃斯或切比雪夫型滤波器，
巴特沃斯型低通滤波器具有平坦的响应特性，而切比雪夫型低通滤波器却具有更陡的衰减特性。参考《LC滤波器的设计与制作》， 10介的巴特沃斯型和5介的切比雪夫型能够全部要满足系统的指标要求。综合性能与成本等因素，本设计选择5介元型，带内纹波0， 6dB的切比雪夫型低通滤波器。
频率和阻抗反归一化公式：
持设计滤波器的等起伏带宽截裁至频率 M
基准滤改器的等起伏带宽截至频率 L=L'*M / K
待设计滤波器的特征阻抗基准滤波器的特征阻抗 C=C/M/K
L为归一化电感值，C为归一化电容值。单端到差分转换公式：
Cafem = Cugker /2 Lafero = Longked
Cafe为差分滤波器电容值，Ca为单端滤波器电容值： Lar为差分滤波器电感值，Lke为单端滤波器电感值。这样就可以求得负载阻抗为1000时的差分滤波器，如图1。
m Eao
2
Sourc
Lc1
C=150 pF
L3
L=480 nH
负载曲线拟合
4
2
L=480 nH
C2
C=210 pF 图1
c3
C=15OpF
我们知道在设计滤波器时，其应用时的负载阻抗对滤波器的能否实现其预期的性能影响非带大。通带我们的负载是固定阻抗，这里我们只需要参考经典的滤波器设计步骤即可有效的实现设计目标。然而对于目前越来越流行的高速ADC，其输人阻抗呈容性，亦即阻抗随频率变化面变化。这就要求我们在滤波器设计的开始就将负载特性考虑进来。参考ADS6444的使用手册本，本文直接给出ADS6444的输人阻抗的拟合方程，如（式1)，这里不再赞述其推到过程。
Zrd=61.5-j* (21300/Freq-Freq/12.55)
(式1)
该阻抗曲线随频率的变化基本与ADS6444用户手册给出的输
人阻抗曲线一致，如图2。
Ispet Iapedance of ADS6444
C0020 F2
ocznty-e8.18
心
Inpedance Fitting Curve of Simulation
m
freq50.00MHz
mag/AC1.Zioad)426.465
2
reg=400.0MHz
magAC1.Zioad=65.109
图2拟合曲线与原始曲线对比
5、仿真与优化及结果对比
在ADS仿真环境中建立工程，绘制仿真原理图，并将估算的器件值设置到相应的元件。需要特别强调的是，在原理图中不再采用通常的做使用固定负载，而是将上文提及的表达式（1)作为负载阻
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