RF-MEMS滤波器的高性能接口电路设计*

2021-03-05代雪梅陈泽基张晓青杨晋玲

传感器与微系统 2021年2期

代雪梅,陈泽基,阚枭,袁泉,张晓青,杨晋玲

(1.中国科学院半导体研究所,北京 100083；2.中国科学院大学,北京100049；3.北京信息科技大学,北京 100192)

0 引言

未来无线通信系统将向着小型化、集成化、低功耗、多模式、高频率的趋势发展,滤波器是射频前端收发系统中实现信号选择性传输的核心元件,决定着无线通信系统的灵敏度、信噪比等重要参数[1]。传统的片外分立元件,如陶瓷滤波器、声表面波滤波器等,占用体积大,难以实现片上集成,无法满足未来无线通信系统的发展需求,而射频—微机电系统(RF-MEMS)滤波器基于高Q值MEMS谐振器耦合形成通频带,具有高中心频率、窄带宽、与IC兼容、低成本、可大规模制造等优势[2,3],在未来无线通信系统中具有极大的应用潜力。

本文针对MEMS滤波器的高阻特性,采用集成运算放大器设计两级放大形式,第一级采用跨阻放大器,提取MEMS滤波器的微弱输出电流,实现I/V转换；第二级采用电压比例放大电路,进一步提高增益,实现整体电路增益达到62 dB以上；利用输入输出匹配电路提高传输性能,实现电路噪声系数低至3.35 dB,S22反射系数小于-10 dB。利用实测的MEMS滤波器输出信号与电路进行级联仿真,所得滤波器插损大幅降低至0.56 dB,与电路模型的仿真结果相吻合,并将级联PCB板级放大电路的RF-MEMS滤波器进行测试,RF-MEMS滤波器的插入损耗降至16.2 dB,相对带宽为1.4 %,中心频率为73.02 MHz。