一种基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器，属于模拟滤波器设计领域。包括：电容单元，用于综合低通滤波特性，其中，第二电容和第四电容用于变换有源电感；输入单元，用于在电压域转换输入信号；有源电感单元，用于实现基于正反馈的有源电感。本发明专利技术的基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器，基于正反馈技术实现实现电感替代法设计高阶有源低通滤波器，使其受工艺偏差影响很小；采用电流复用技术和电压域处理模拟信号，实现了在低功耗下获得高线性度；可由很少的晶体管实现，结构对称简单，易于设计；还可通过调整输入部分中第一PMOS管和第三PMOS管、第二PMOS管和第四PMOS管的宽的比例，实现不同通带增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟滤波器设计领域，特别是一种基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器。
技术介绍
基于CMOS工艺的模拟滤波器设计技术飞速发展，新型滤波器电路结构不断涌 3 ^ D’ Amico ￠#= ^〈〈Stefano D' Amico, Matteo Conta and Andrea Baschirotto, "A4. 1-mff 10-MHz Fourth-Order Source-Follower-Based Continuous-Time Filter With79-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有源滤波器打破了传统有源滤波器设计结构，在低功耗下实现了高线性特性和高动态范围。图1中所示一个一阶基于源极跟随器积分器由源极跟随器Mpl (其跨导为Gml)和负载电容Q组成积分器，其传输函数为H(S) = 0^(1 )在一阶基于源极跟随器积分器的基础上，采用局部正反馈技术综合复数极点， D’ Amico提出了全PMOS双二阶单元(双二阶单元1)和全NMOS双二阶单元(双二阶单元 2)，如图2所示，这些双二阶单元均为二阶低通滤波器。全PMOS双二阶单元和全NMOS双二阶单元通过级联形成四阶低通滤波器。在实际应用中，对高阶滤波器的需求更多。通常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。高阶滤波器中的每个双二阶单元相对级联的其他双二阶单元独立，因此受到工艺偏差影响很大，级联级数越高，影响越大。这就是目前基于源极跟随器的有源低通滤波器存在主要问题。(有关有源滤波器的级联法和电感替代法设计高阶滤波器相关知识可参考 Deliyannis，Τ.，Sun, Y.，and Fidler, J.，K. ‘Continuous-Time ActiveFilter Design' Boca Raton, FL :CRC, 1999。)采用电感替代法实现的高阶滤波器中的各个极点相互关联，使得采用该种方法实现的高阶滤波器受到工艺偏差影响很小。但是目前该方法主要是基于负反馈技术(可参考文献 Bram Nauta, "A CMOS Transconductance-C Filter Technique for Very High Frequencies” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 27, NO. 2. FEBRUARY 1992)， 每个无源电感由四个跨导单元组成有源电感替代，而每个跨导单元由于八个晶体管组成， 一个五阶滤波器至少需要六十四个晶体管(仅考虑电感替代所需晶体管的数量)。因此，基于负反馈电感替代法的电路设计复杂。总之，目前已有技术存在两点不足(1)采用基于双二阶单元的级联法实现高阶滤波器受工艺偏差影响很大；( 基于负反馈技术的电感替代法电路设计复杂，采用更多的晶体管
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器，本专利技术采用了基于正反馈技术的电感替代法实现受工艺偏差影响很小的高阶低通滤波器，同时使用了很少的晶体管。可广泛应用于电感替代法设计有源低通滤波ο本专利技术提出的一种基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器，其特征在于，采用全PMOS管实现，该有源低通滤波器包括电容单元，用于综合低通滤波特性，输入单元，用于在电压域转换输入信号；有源电感单元，用于实现基于正反馈的有源电感；所述的电容单元、，由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容(5组成，第二电容和第四电容用于变换有源电感；其中，第一电容(^的正极接第一节点的正端Vlp，第一电容C1的负极接第一节点的负端Vln;第二电容C2的正极接第二节点的正端 V2p，第二电容C2的负极接第二节点的负端V2n ；第三电容C3的正极接第三节点的正端V3p，第三电容C3的负极接第三节点的负端Vai ；第四电容C4的正极接第四节点的正端V4p，第四电容C4的负极接第四节点的负端V4n ；第五电容C5的正极接输出节点的正端V。p，第五电容C5 的负极接输出节点的负端V。n;所述的输入单元，由第一 PMOS管M11和第二 PMOS管Mlr组成；第一 PMOS管M11的漏极接地电压GND，第一 PMOS管M11的栅极接输入正端Vip，第一 PMOS管M1的源极接第一节点的正端Vlp ；第二 PMOS管的漏极接地电压GND，第二 PMOS管M^的栅极接输入负端Vin， 第二 PMOS管Mt的源极接第一节点的负端Vln ；所述的有源电感单元，由第三PMOS管Mtll、第四PMOS管Mtlr、第五PMOS管M51、第六 PMOS 管 M5r、第七 PMOS 管 M91、第八 PMOS 管 M9r、第九 PMOS 管 M21、第十 PMOS 管 M2r、第 ^^一 PMOS 管M41、第十二 PMOS管M4r、第十三PMOS管M61、第十四PMOS管M6r、第十五PMOS管M81、第十六 PMOS管M8r、第十七PMOS管M31、第十八PMOS管M3r、第十九PMOS管M71和第二十PMOS管M^ ； 第三PMOS管Mtll的漏极接地电压GND，第三PMOS管Mtll的栅极接偏置电压Vb，第三PMOS管 M01的源极接第一节点的正端Vlp ；第四PMOS管M0r的漏极接地电压GND，第四PMOS管Mto的栅极接偏置电压Vb，第四PMOS管Mto的源极接第一节点的负端V2n ；第五PMOS管M51的漏极和栅极接地电压GND，第五PMOS管M51的源极接第三节点的正端V3p ；第六PMOS管M5,的漏极和栅极接地电压GND，第六？1 3管邕的源极接第三节点的负端Vto ；第七PMOS管M91的漏极和栅极接地电压GND，第七PMOS管M91的源极接输出节点的正端V。p ；第八PMOS管M9r 的漏极和栅极接地电压GND，第八PMOS管M9r的源极接输出节点的负端V。n ；第九PMOS管M21 的漏极接第一节点的正端Vlp，第九PMOS管M21的栅极接第一节点的负端Vln，第九PMOS管 M21的源极接第二节点的正端V2p ；第十PMOS管M2r的漏极接第一节点的负端Vln，第十PMOS 管M2r的栅极接第一节点的正端Vlp，第十PMOS管M2r的源极接第二节点的负端V2n ；第十一 PMOS管M41的漏极接第三节点的正端V3p，第十一 PMOS管M41的栅极接第三节点的负端V3n， 第十一 PMOS管M41的源极接第二节点的正端V2p ；第十二 PMOS管的漏极接第三节点的负端V3n，第十二 PMOS管的栅极接第三节点的正端V3p，第十二 PMOS管的源极接第二节点的负端V2n ；第十三PMOS管M61的漏极接第三节点的正端V3p，第十三PMOS管M61的栅极接第三节点的负端V3n，第十三PMOS管M61的源极接第四节点的正端V4p ；第十四？1 3管1的漏极接第三节点的负端V3n，第十四PMOS管M6,的栅极接第三节点的正端V3p，第十四PMOS管 M6r的源极接第四节点的负端V4n;第十五PMOS管M81的漏极接输本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于正反馈电感替代法的有源低通滤波器，其特征在于，采用全ＰＭＯＳ管实现，该有源低通滤波器包括：电容单元，用于综合低通滤波特性，输入单元，用于在电压域转换输入信号；有源电感单元，用于实现基于正反馈的有源电感；所述的电容单元、，由第一电容（Ｃ１）、第二电容（Ｃ２）、第三电容（Ｃ３）、第四电容（Ｃ４）和第五电容（Ｃ５）组成，第二电容和第四电容用于变换有源电感；其中，第一电容（Ｃ１）的正极接第一节点的正端（Ｖ１ｐ），第一电容（Ｃ１）的负极接第一节点的负端（Ｖ１ｎ）；第二电容（Ｃ２）的正极接第二节点的正端（Ｖ２ｐ），第二电容（Ｃ２）的负极接第二节点的负端（Ｖ２ｎ）；第三电容（Ｃ３）的正极接第三节点的正端（Ｖ３ｐ），第三电容（Ｃ３）的负极接第三节点的负端（Ｖ３ｎ）；第四电容（Ｃ４）的正极接第四节点的正端（Ｖ４ｐ），第四电容（Ｃ４）的负极接第四节点的负端（Ｖ４ｎ）；第五电容（Ｃ５）的正极接输出节点的正端（Ｖｏｐ），第五电容（Ｃ５）的负极接输出节点的负端（Ｖｏｎ）；所述的输入单元，由第一ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｌ）和第二ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｒ）组成；第一ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｌ）的漏极接地电压（ＧＮＤ），第一ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｌ）的栅极接输入正端（Ｖｉｐ），第一ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｌ）的源极接第一节点的正端（Ｖ１ｐ）；第二ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｒ）的漏极接地电压（ＧＮＤ），第二ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｒ）的栅极接输入负端（Ｖｉｎ），第二ＰＭＯＳ管（Ｍ１ｒ）的源极接第一节点的负端（Ｖ１ｎ）；所述的有源电感单元，由第三ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｌ）、第四ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｒ）、第五ＰＭＯＳ管（Ｍ５ｌ）、第六ＰＭＯＳ管（Ｍ５ｒ）、第七ＰＭＯＳ管（Ｍ９ｌ）、第八ＰＭＯＳ管（Ｍ９ｒ）、第九ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｌ）、第十ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｒ）、第十一ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｌ）、第十二ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｒ）、第十三ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｌ）、第十四ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｒ）、第十五ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｌ）、第十六ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｒ）、第十七ＰＭＯＳ管（Ｍ３ｌ）、第十八ＰＭＯＳ管（Ｍ３ｒ）、第十九ＰＭＯＳ管（Ｍ７ｌ）和第二十ＰＭＯＳ管（Ｍ７ｒ）；第三ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｌ）的漏极接地电压（ＧＮＤ），第三ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｌ）的栅极接偏置电压（Ｖｂ），第三ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｌ）的源极接第一节点的正端（Ｖ１ｐ）；第四ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｒ）的漏极接地电压（ＧＮＤ），第四ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｒ）的栅极接偏置电压（Ｖｂ），第四ＰＭＯＳ管（Ｍ０ｒ）的源极接第一节点的负端（Ｖ２ｎ）；第五ＰＭＯＳ管（Ｍ５ｌ）的漏极和栅极接地电压（ＧＮＤ），第五ＰＭＯＳ管（Ｍ５ｌ）的源极接第三节点的正端（Ｖ３ｐ）；第六ＰＭＯＳ管（Ｍ５ｒ）的漏极和栅极接地电压（ＧＮＤ），第六ＰＭＯＳ管（Ｍ５ｒ）的源极接第三节点的负端（Ｖ３ｎ）；第七ＰＭＯＳ管（Ｍ９ｌ）的漏极和栅极接地电压（ＧＮＤ），第七ＰＭＯＳ管（Ｍ９ｌ）的源极接输出节点的正端（Ｖｏｐ）；第八ＰＭＯＳ管（Ｍ９ｒ）的漏极和栅极接地电压（ＧＮＤ），第八ＰＭＯＳ管（Ｍ９ｒ）的源极接输出节点的负端（Ｖｏｎ）；第九ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｌ）的漏极接第一节点的正端（Ｖ１ｐ），第九ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｌ）的栅极接第一节点的负端（Ｖ１ｎ），第九ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｌ）的源极接第二节点的正端（Ｖ２ｐ）；第十ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｒ）的漏极接第一节点的负端（Ｖ１ｎ），第十ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｒ）的栅极接第一节点的正端（Ｖ１ｐ），第十ＰＭＯＳ管（Ｍ２ｒ）的源极接第二节点的负端（Ｖ２ｎ）；第十一ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｌ）的漏极接第三节点的正端（Ｖ３ｐ），第十一ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｌ）的栅极接第三节点的负端（Ｖ３ｎ），第十一ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｌ）的源极接第二节点的正端（Ｖ２ｐ）；第十二ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｒ）的漏极接第三节点的负端（Ｖ３ｎ），第十二ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｒ）的栅极接第三节点的正端（Ｖ３ｐ），第十二ＰＭＯＳ管（Ｍ４ｒ）的源极接第二节点的负端（Ｖ２ｎ）；第十三ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｌ）的漏极接第三节点的正端（Ｖ３ｐ），第十三ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｌ）的栅极接第三节点的负端（Ｖ３ｎ），第十三ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｌ）的源极接第四节点的正端（Ｖ４ｐ）；第十四ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｒ）的漏极接第三节点的负端（Ｖ３ｎ），第十四ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｒ）的栅极接第三节点的正端（Ｖ３ｐ），第十四ＰＭＯＳ管（Ｍ６ｒ）的源极接第四节点的负端（Ｖ４ｎ）；第十五ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｌ）的漏极接输出节点的正端（Ｖ５ｐ），第十五ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｌ）的栅极接输出节点的负端（Ｖ５ｎ），第十五ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｌ）的源极接第四节点的正端（Ｖ４ｐ）；第十六ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｒ）的漏极接输出节点的负端（Ｖ５ｎ），第十六ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｒ）的栅极输出节点的正端（Ｖ５ｐ），第十六ＰＭＯＳ管（Ｍ８ｒ）的源极接第四节点的负端（Ｖ４ｎ）；第十七ＰＭＯＳ管（Ｍ３ｌ）的...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，杨佳乐，张莉，王燕，钱鹤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11