红外遥控接收器中带通滤波器的设计

!"
．．．（５）
感和 Ｃ１７ 以及输出等效电阻 ｒ０ 组成 ＲＣＬ 网络。等 效电路图如图 ５ 所示。 由图 ５ 可以得到如下关系式 ：
利用上面的原理 ， 可由图 ３ 的结构实现有源电
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中国集成电路
２
Ｉ１
ｇｍ１＝ｇｍ２＝ｇｍ， 则等效电感 Ｌ＝Ｃ／ｇｍ２。
…………．（１）
由图 １ 及式 （ １） 可以得出 ：
Ｖ１＝－ ｒ＊Ｉ２…．．（２） Ｖ２＝ｒ＊Ｉ１………………………（３）
于是 ， 由式（ ２ ） 和式（ ３） 可得图 １ 的等效输入 阻抗为 ：
图 ３ 有源电感的实现
２
Ｚｉｎ＝
Ｖ１ ｒ ＝ …………… ．．．（４） Ｉ１ Ｚ
Ｃ１９、 Ｃ２０ 的 电 容 值 会 改 变 中 心 频 率 Ｆ０， 电 容 值 变
小 ， Ｆ０ 变大。我们在仿真时验证了这个结论。
５ 结论
本文提出了一种新的实现有源电感 ， 进而实现 带通滤波器的方法 ， 不仅给出了电路的原理图 ， 并且 用 ｃａｎｄｅｎｃｅ 工具对电路进行了仿真 ， 同时我们将该 滤波器电路应用到了我们设计的红外遥控接收器芯
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片当中 ， 该芯片流片后的测试结果证明我们所设计
４ 仿真和分析
１） 仿真结果
我们采用 ｃａｄｅｎｃｅ 的仿真工具 ， 对本文设计实 现的两级带通滤波器进行了仿真 ， 其仿真结果见图
滤波器完全满足其在红外遥控接收器芯片中的应 用。ＣＩＣ
参考文献
１． Ｊ．Ｃｒｏｌｓ ａｎｄ Ｍ．Ｓｔｅｙａｅｒｔ． ＣＭＯＳ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ． １９９７． ２． Ｂ．Ｒａｚａｖｉ．“ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｄｉｒｅｃｔ－ Ｃｏｎ－ ｖｅｒｓｉｏｎ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ” ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｊｕｎｅ， １９９７， ４４（６）： ４２８－ ４３５ ３． Ｗ．Ｋｕｈｎ， Ｆ．Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ ａｎｄ Ａ． Ｅｌｓｈａｂｉｎｉ－ Ｒｉａｄ． “ Ａ ． ２００ ＭＨｚ ＣＭＯＳ Ｑ－ ｅｎｈａｎｃｅｄ ＬＣ Ｂａｎｄｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ” ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ－ Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ， ３１（８） Ａｕｇｕｓｔ １９９６： １１１２－ １１２２ ４． 叶建国 ， 谢康林．红外遥控接收器的研制．上海交通
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｓｉｎｇ ｉｎ Ｉｎｆｒ ａｒ ｅｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ
Ｈａｎ Ｌｉａｎｇ Ｍｉｃｒｏ－ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｔ Ｗｅｉ Ｈａｉ Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒｅｍｏｔｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｉｓ ｖｅｒｙ ａｂｒｏａｄ， ｗｈｉｌｅ ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒｅｍｏｔｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｃｈｉｐ． Ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｕｓｕａｌｌｙ ｎｅｅｄｓ ｉｎｄｕｃｔｏｒ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｉｎ ＩＣ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｕｃｔｏｒ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒｅｍｏｔｅ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ， Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ， Ａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ
１ １ １ ｓＬ ｒ ｓＣ＋ ＋ １ ｏ ｓＬ ｒｏ ＶＩＮ ｓＣ ＝ ＝ １ ＶＯＵＴ Ｒ＋ １ ｓＬ ｒ Ｒ＋ ｏ ｓＣ １ ｓＣ＋ ＋ １ ｓＬ ｒｏ ＝ １ １ ＝ Ｒ Ｒ Ｒ ＲＣｓ＋ ＋ ｊＲＣω－ ｊ ＋ Ｒ ＋１ ｓＬ ｒｏ＋１ Ｌω ｒｏ
由上式可以看出当频率趋于零或者无穷大时 ， 输出电压都将趋于零 ， 因而该结构为带通滤波器。 对上式取模 ， 可以得到 ：
５．
Ｂ．Ｎａｕｔａ Ａｎａｌｏｇ ＣＭＯＳ Ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅ－
ｑｕｅｎｃｉｅｓ， Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ， Ｆｉｒｓｔ ｅｄｉｔｉｏｎ， １９９３．
上接第 ２０ 页
源自文库参考文献
［１］ 孟 李 林 ， ＦＰ ＧＡ 和 ＡＳ ＩＣ 设 计 特 点 及 应 用 探 讨 ［Ｊ ］， 半导体技术 ， ２００６（７） ［２］ 舒适 ， 唐长文 ， 闵昊 ， ＡＳ ＩＣ 综合后的静态验证 方
ＶＯＵＴ ＝ ＶＩＮ
１
#!
Ｒ ＋１ ｒｏ
"!
２
＋ ＲＣω－
Ｒ Ｌω
"
图 ７ 两级滤波器原理图
２
图 ６ 两级带通滤波器结构 图 ８ 两级带通滤小组器仿真结果
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由 式 （４）可 以 得 到 ， 如 果 Ｚ 是 电 容 ， 则 等 效 输 入 阻抗为感性 ， 即整个电路等效为一个电感。
３ 带通滤波器的实现
于是我们可以用图 ４ 的电路结构形式形成带通 滤波器。
图 １ ｇｙｒ ａｔ ｏｒ 的符号
如果运算放大器的输入、 输出阻抗为无穷大 ， 则 我们可以通过图 ２ 来实现 ｇｙｒａｔｏｒ ， 其中 ｇｍ１、 ｇｍ２ 为运 算放大器的跨导。 其传输函数为 ：
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图 ２ ｇｙｒ ａｔ ｏｒ 的实现
ｒａｔｏｒ） 这 样 一 个 概 念 ， 它 是 一 个 类 似 变 压 器 的 两 端
口元件 ， 其符号可由图 １ 来表示。
感。 如图所示两个跨导和一个电容连接成反馈环路 ， 忽略运算放大器的输出电阻和输入寄生参数，
＝! ＊ !" ! " " Ｖ２ Ｉ ｒ ０ Ｖ１ ０ －ｒ
图 ４ 带通滤波器的实现
其中第一个运算放大器接成单位增益缓冲器结 构 ， 作为输入级 ， 其等效电阻 Ｒ 作为输入级的电阻 ， 后两个运算放大器和电容 Ｃ１９ 实现有源电感 ， 该电
!"
# ０ － １& ｇｍ１ ’ Ｉ１ $ ’ ＝$ ＊ Ｖ２ $ １ Ｉ２ ’ $ ’ － ０ ｇ % ｍ２ ( Ｖ１
引言 １、
现代信息社会 ， 人与人之间、 人与机器之间的信 息交互越来越多 ， 而信息的传递以无线方式最为便 捷。 近几年来 ， 无线通讯无论是在技术上还是商业市 场上 ， 都有了很大的发展 ［１］［２］。 红外传输系统就是利用红外线传输信息的一种 无线通讯系统。而红外遥控接收器 （ ＩＲ ＲＥＣＥＩＶ－
法的研究 ［Ｊ ］， 微电子学 ， ２００４（１）
ＩＰ 技术［Ｊ ］， 半导体技术 ， ２００６（１）
作者简介
姚亚峰 ， 华中科技大学电信系博士后 ， 主要研究方向 为多媒体芯片和 Ｓ ＯＣ 芯片设计等 ， 在武汉邮电科学 研究院 ＡＳ ＩＣ 设计中心等从事多年芯片研发工作。 陈建文 ， 华中科技大学电信系博士、 副教授 ， 主要研 究方向为 ＭＥＭＳ 技术和集成电路设计等。 黄载禄 ， 华中科技大学电信系教授、 博导 ， 主要研究 方向为现代信号处理、 宽带视频通信等。
［３］ 唐明 ， 张焕国 ， Ｐ ＬＤ 技术与 ＤＳ Ｐ 应用的结合 ［Ｊ ］，
计算机工程 ， ２００３（１５）
［４］ 冯亚林 ， 张蜀平 ， 集成电路的现状及其 发展趋势 ［Ｊ ］， 微电子学 ， ２００６（２） ［５］ 李加元 ， 成立 ， 王振宇 ， 系统芯片设计中的可复用
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红外设备之所以有着如此广泛的应用 ， 是因为 它具有点对点传输、 安全性高、 制造成本低廉、 连接 方便、 简单易用和结构紧凑等特点 ， 而且它的这些特 点无法由其它的技术如蓝牙、 ＷＬＡＮ 等取代。 带通滤波器是红外遥控接收器中一个重要的模 块。在红外遥控接收器工作的环境中难免有其它频 率的干扰信号存在 ， 为了使红外遥控接收器能正常 工作 ， 需要去除干扰信号 ， 这就需要带通滤波器 ， 而 我们知道设计一个带通滤波器 （ ＢＰＦ－ － － Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ
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设计
红外遥控接收器中带通滤波器的设计
哈尔滨工业大学 （ 威海 ） 微电子中心 韩良
摘要： 红外遥控接收器的应用非常广泛 ， 而带通滤波器是红外遥控接收器芯片中的一个重要的模块。滤 波器的实现通常需要电感 ， 而电感是很难集成到集成电路中的 ， 本文介绍一种利用放大器和电容实现有 源电感的方法。 关键词： 红外接收器、 带通滤波器、 有源电感
ＥＲ） 是红外传输系统中最重要的部分 ， 其应用极为
广泛， 电视机、 音频仪器、 幻灯片 ＶＣＲｓ、 ＶＣＤ、 ＤＶＤ、 投影仪、 电风扇、 音响设备、 空调和数据通讯等现代 电子产品的几乎所有功能都可以很方便地通过红外 遥控来实现。仅国内彩电行业每年对红外接收器芯 片的需求量就达二千万只以上 ， 全世界的需求大概 在每年 １０ 亿个［３］。
大学学报． １９９６， ３０（６）： ２８～３２
８， 其中 ｎｅｔ０２１８ 是第一级滤波器的输出 ， ＯＵＴ 是第
二级滤波器的输出。
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Ｆｉｒｓｔ ｅｄｉｔｉｏｎ，
２） 电路性能分析
从前面的设计分析可以得到 ， 电路中的电容对 滤波器的中心频率影响非常大 ， 改变电容 Ｃ１７、 Ｃ１８、
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滤波器已应用到本中心设计的红外遥控接收器芯片 中 ， 该芯片已经 ０．６μｍＣＭＯＳ 工艺进行流片 ， 测试结 果表明具有较好的性能。
２ 有源电感的实现
为了实现有源电感 ， 首先我们引入回旋器（ ｇｙ－
Ｆｉｌｔｅｒ） ， 通常需要较大的电感 ， 而高品质的电感可能
会因为尺寸太大而无法集成在集成电路内 ， 同时会 产生较大的寄生电容、 电阻 ， 这也限制了集成电感的 应用［４］。 针对于此 ， 本文介绍了一种利用放大器和电容 实现有源电感的方法［５］， 该方法实现的电感以及带通
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因而 ， 其中心频率 ， 也就是上式的最大值 ， 由下 式决定 ， 即。
ＲＣω－ Ｒ ＝０ Ｌω
图 ５ 带通滤波器的等效电路
ω＝
#
１ ＣＬ
ＶＩＮ Ｒ＋ １ ｓＣ ｓＬ ｒｏ
＝
ＶＯＵＴ １ ｓＣ ｓＬ ｒｏ
为了实现更好的滤波效果 ， 本设计采用了两级 结构 ， 第二级的结构和第一级完全相同 ， 整体结构如 图 ６。具体的电路实现如图 ７ 。