一种用于实现零极点型高阶滤波器的混合积分器双二阶单元制造技术

本发明专利技术公开了一种用于实现零极点型高阶滤波器的混合积分器双二阶单元，包括：第一级跨导－电容积分器，接收输入电压信号转换成电流信号，给电容充电，形成第一级积分器；第二级基于源极跟随器积分器用于将第一级积分器输出的电压信号转换成电流信号，给电容充电，形成第二级积分器；反馈晶体管，用于与两个积分器一起综合复数极点，并控制输出共模电压；电流源，提供双二阶单元的支路电流；同相前馈电容元件，确定混合积分器双二阶单元的复数共轭零点特性。本发明专利技术提出的混合积分器双二阶单元，用于级联设计方法实现零极点型高阶模拟滤波器。该双二阶单元中除了不需要共模反馈电路，还可以实现大于０ｄＢ的直流增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟滤波器设计领域，特别是一种用于实现零极点型高阶滤 波器的混合积分器双二阶单元。
技术介绍
滤波器的概念最早是由美国的G.Campbell和德国的K. Wagner于1915 年首先提出的。时至今日，滤波器的理论和技术已经得到不断的改进和创新。 滤波其实是一种选频过程，滤波器是一种对输入信号进行特定频率处理从而 得到希望输出信号的选频网络。由于模拟滤波器具有处理速度快、电路结构 简单、功耗小等突出特点，使其在各种电子设备中有责广泛的应用。近些年来，随着无线通信技术的飞速发展和CMOS工艺技术的不断进 步，实现无线通信收发机和数字基带电路系统单芯片的集成是未来发展的必 然趋势。模拟滤波器的片上集成是片上系统发展中一个亟需解决的问题。 1983年，Hanu和Tsividis提出了全集成MOSFET和电容的有源滤波器，揭 开了全集成连续时间滤波器发展的序幕。Kharramabadi和Gray首次提出了 釆用CMOS工艺的跨导-电容(Gm-C)滤波器，其中，跨导放大器(Gm) 是将输入电压信号转换为电流信号的放大器。从此，片上集成有源滤波器中 有跨导放大器和电容组成的跨导-电容(Gm-C)有源滤波器是模拟滤波器设 计领域中一个热点研究方向。Gm-C有源滤波器具有高频特性好、可调谐性 强、电路综合能力好的特点。图1中所示为一个一阶全差分Gm-C积分器由 晶体管跨导(Gml)和负载电容组成积分器，其传输函数为(1)<formula>formula see original document page 5</formula>D， Amico在参考文献《Stefano D， Amico, Matteo Conta and AndreaBaschirotto, "A 4.1-mW 10-MHz Fourth-Order Source-Follower-Based Continuous-Time Filter With 79-dB DR，" IEEE Journal of Solid-State Circuits, pp. 2713-2719， Dec. 2006》中描述了基于源极跟随器的双二阶单元打破了传 统有源滤波器设计结构。图2中所示一个一阶基于源极跟随器积分器由源极 跟随器跨导(Gml)和负载电容组成积分器，其传输函数为,=_^_ (2)滤波器种类很多，分类方法也不同。(l)按照功能分低通、带通、 高通、带阻；(2)按照传输函数逼近方式分巴特沃斯、切比雪夫I、切 比雪夫II、椭圆、贝塞尔；(3)按照零极点结合方式分全极点型(巴特 沃斯、切比雪夫I、贝塞尔)、零极点型(切比雪夫II、椭圓)。零极点型 二阶低通滤波器(零极点型低通双二阶单元)传输函数如下 " ) (3)e。。公式(3)中可知低通双二阶单元零极点型低通双二阶单元不仅要有复数极 点，而且要有复数共轭零点。，因此要求一个晶体管级双二阶单元中要有可 以综合复数极点的电路结构，而且具有能够实现复数共轭零点的电路结构。 D，Amico提出的基于源极跟随器的全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶 单元都是采用局部正反馈综合复数极点，只能实现全极点型的低通双二阶单 元，并且这种方法消耗电压余度使得这种结构很难在低电源电压下使用。低 通双二阶单元主要应用在采用级联法设计高阶低通滤波器中。在级联法设计 高阶低通滤波器中，所采用的低通双二阶单元的输入和输出共模电平相同易 于使用相同的低通双二阶单元直接级联实现高阶低通滤波器。有关有源滤波 器的相关知识可参考 Deliyannis， T.， Sun， Y.， and Fidler， J.， K.: 'Continuous-Time Active Filter Design' Boca Raton, FL: CRC, 1999。上述用于实现Gm-C有源滤波的全差分Gm-C双二阶单元如图1所示，该 双二阶单元要求额外的共模反馈电路，检测输出共模电压，反馈信号调节电流源(Ib)的电流以稳定输出共模电压，这样就消耗了更多的功耗。参考文献 《Stefano D，Amico, Matteo Conta and Andrea Baschirotto, "A 4.1-mW 10-MHz Fourth-Order Source-Follower-Based Continuous-Time Filter With 79-dB DR,"IEEE Journal of Solid-State Circuits, pp. 2713-2719， Dec. 2006》描述的四阶《氐 通滤波器由两个低通双二阶单元级联实现，但是全PMOS双二阶单元和全 NMOS双二阶单元的输入共模电平不相等，所以要采用全PMOS双二阶单元和 全NMOS双二阶单元级联而不能只用全PMOS双二阶单元级联实现四阶低通 滤波器或不能只用全NMOS双二阶单元级联实现四阶低通滤波器。若采用 D，Amico提出的基于源极跟随器的全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶单 元实现更高阶低通滤波器，必须采用全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶 单元交替级联才能满足级间共模要求。目前全差分Gm-C低通双二阶单元输入和输出共模电平相同易于直接级联 实现高阶低通滤波器，但是需要共模反馈电路消耗额外功耗。基于源极跟随器 的全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶单元存在的一些问题(1)基于源 极跟随器的全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶单元不需要共模反馈，但 是输入和输出共模电平不相等必须交替级联采用满足级间共模要求；(2)参考 文献《Stefano D，Amico, Matteo Conta and Andrea Baschirotto, "A4.1-mW 10-MHz Fourth-Order Source-Follower-Based Continuous-Time Filter With 79-dB DR,"IEEE Journal of Solid-State Circuits, pp. 2713-2719, Dec. 2006》描述的四阶低 通滤波器中全PMOS双二阶单元没有增益损失，而全NMOS双二阶单元有 3,5dB增益损失，该种结构的双二阶单元增益不能大于OdB; (3)基于源极跟随 器的全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶单元只适用于实现全极点型高阶 滤波器。目前全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶单元是采用内部正反馈稳定 输出共模电平，而采用负反馈稳定输出共模电平的技术还没有应用到低通双二 阶单元中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种双二阶单元，用于实现零极点型 高阶低通滤波器。为实现上述目的，本专利技术提供了 一种用于实现零极点型高阶滤波器的混合积分器双二阶单元，包括一第一级跨导-电容积分器，包括两个PMOS晶体管和一个电容，用 于接收输入电压信号转换成电流信号，给电容充电，形成第一级积分器；一第二级基于源极跟随器积分器，包括两个PMOS晶体管和一个电容， 用于将第一级积分器输出的电压信号转换成电流信号，给电容充电，形成第 二级积分器；一反馈晶体管，包括两个NMOS晶体管，用于与所述两个积分器一起 综合复数极点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实现零极点型高阶滤波器的混合积分器双二阶单元，其特征在于，包括：　一第一级跨导－电容积分器，包括两个ＰＭＯＳ晶体管和一个电容，用于接收输入电压信号转换成电流信号，给电容充电，形成第一级积分器；　一第二级基于源极跟随器积分 器，包括两个ＰＭＯＳ晶体管和一个电容，用于将第一级积分器输出的电压信号转换成电流信号，给电容充电，形成第二级积分器；　一反馈晶体管，包括两个ＮＭＯＳ晶体管，用于与所述两个积分器一起综合复数极点，并控制输出共模电压；　一电流源，用 于提供所述双二阶单元的支路电流；　一同相前馈电容元件，包括两个电容，用于确定混合积分器双二阶单元的复数共轭零点特性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，周玉梅，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]