專利名稱：一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬濾波器設(shè)計領(lǐng)域，特別是一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器。
背景技術(shù)：
基于CMOS工藝的模擬濾波器設(shè)計技術(shù)飛速發(fā)展，新型濾波器電路結(jié)構(gòu)不斷涌 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》中描述了基于源極跟隨器的有源濾波器打破了傳統(tǒng)有源濾波器設(shè)計結(jié)構(gòu)，在低功耗下實現(xiàn)了高線性特性和高動態(tài)范圍。圖1中所示一個一階基于源極跟隨器積分器由源極跟隨器Mpl (其跨導(dǎo)為Gml)和負載電容Q組成積分器，其傳輸函數(shù)為H(S) = 0^(1 )在一階基于源極跟隨器積分器的基礎(chǔ)上，采用局部正反饋技術(shù)綜合復(fù)數(shù)極點， D’ Amico提出了全PMOS雙二階單元(雙二階單元1)和全NMOS雙二階單元(雙二階單元 2)，如圖2所示，這些雙二階單元均為二階低通濾波器。全PMOS雙二階單元和全NMOS雙二階單元通過級聯(lián)形成四階低通濾波器。在實際應(yīng)用中，對高階濾波器的需求更多。通常低通雙二階單元主要應(yīng)用在采用級聯(lián)法設(shè)計高階低通濾波器中。高階濾波器中的每個雙二階單元相對級聯(lián)的其他雙二階單元獨立，因此受到工藝偏差影響很大，級聯(lián)級數(shù)越高，影響越大。這就是目前基于源極跟隨器的有源低通濾波器存在主要問題。(有關(guān)有源濾波器的級聯(lián)法和電感替代法設(shè)計高階濾波器相關(guān)知識可參考 Deliyannis，Τ.，Sun, Y.，and Fidler, J.，K. ‘Continuous-Time ActiveFilter Design' Boca Raton, FL :CRC, 1999。)采用電感替代法實現(xiàn)的高階濾波器中的各個極點相互關(guān)聯(lián)，使得采用該種方法實現(xiàn)的高階濾波器受到工藝偏差影響很小。但是目前該方法主要是基于負反饋技術(shù)(可參考文獻 Bram Nauta, "A CMOS Transconductance-C Filter Technique for Very High Frequencies” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 27, NO. 2. FEBRUARY 1992)， 每個無源電感由四個跨導(dǎo)單元組成有源電感替代，而每個跨導(dǎo)單元由于八個晶體管組成， 一個五階濾波器至少需要六十四個晶體管(僅考慮電感替代所需晶體管的數(shù)量)。因此，基于負反饋電感替代法的電路設(shè)計復(fù)雜。總之，目前已有技術(shù)存在兩點不足(1)采用基于雙二階單元的級聯(lián)法實現(xiàn)高階濾波器受工藝偏差影響很大；( 基于負反饋技術(shù)的電感替代法電路設(shè)計復(fù)雜，采用更多的晶體管
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，本發(fā)明采用了基于正反饋技術(shù)的電感替代法實現(xiàn)受工藝偏差影響很小的高階低通濾波器，同時使用了很少的晶體管。可廣泛應(yīng)用于電感替代法設(shè)計有源低通濾波
ο本發(fā)明提出的一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，其特征在于，采用全PMOS管實現(xiàn)，該有源低通濾波器包括電容單元，用于綜合低通濾波特性，輸入單元，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號；有源電感單元，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感；所述的電容單元、，由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容(5組成，第二電容和第四電容用于變換有源電感；其中，第一電容(^的正極接第一節(jié)點的正端Vlp，第一電容C1的負極接第一節(jié)點的負端Vln;第二電容C2的正極接第二節(jié)點的正端 V2p，第二電容C2的負極接第二節(jié)點的負端V2n ；第三電容C3的正極接第三節(jié)點的正端V3p，第三電容C3的負極接第三節(jié)點的負端Vai ；第四電容C4的正極接第四節(jié)點的正端V4p，第四電容C4的負極接第四節(jié)點的負端V4n ；第五電容C5的正極接輸出節(jié)點的正端V。p，第五電容C5 的負極接輸出節(jié)點的負端V。n;所述的輸入單元，由第一 PMOS管M11和第二 PMOS管Mlr組成；第一 PMOS管M11的漏極接地電壓GND，第一 PMOS管M11的柵極接輸入正端Vip，第一 PMOS管M1的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第二 PMOS管的漏極接地電壓GND，第二 PMOS管M^的柵極接輸入負端Vin， 第二 PMOS管Mt的源極接第一節(jié)點的負端Vln ；所述的有源電感單元，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的漏極接地電壓GND，第三PMOS管Mtll的柵極接偏置電壓Vb，第三PMOS管 M01的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第四PMOS管M0r的漏極接地電壓GND，第四PMOS管Mto的柵極接偏置電壓Vb，第四PMOS管Mto的源極接第一節(jié)點的負端V2n ；第五PMOS管M51的漏極和柵極接地電壓GND，第五PMOS管M51的源極接第三節(jié)點的正端V3p ；第六PMOS管M5,的漏極和柵極接地電壓GND，第六？1 3管邕的源極接第三節(jié)點的負端Vto ；第七PMOS管M91的漏極和柵極接地電壓GND，第七PMOS管M91的源極接輸出節(jié)點的正端V。p ；第八PMOS管M9r 的漏極和柵極接地電壓GND，第八PMOS管M9r的源極接輸出節(jié)點的負端V。n ；第九PMOS管M21 的漏極接第一節(jié)點的正端Vlp，第九PMOS管M21的柵極接第一節(jié)點的負端Vln，第九PMOS管 M21的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十PMOS管M2r的漏極接第一節(jié)點的負端Vln，第十PMOS 管M2r的柵極接第一節(jié)點的正端Vlp，第十PMOS管M2r的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十一 PMOS管M41的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十一 PMOS管M41的柵極接第三節(jié)點的負端V3n， 第十一 PMOS管M41的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十二 PMOS管的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十二 PMOS管的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十二 PMOS管的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十三PMOS管M61的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十三PMOS管M61的柵極接第三節(jié)點的負端V3n，第十三PMOS管M61的源極接第四節(jié)點的正端V4p ；第十四？1 3管1的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十四PMOS管M6,的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十四PMOS管 M6r的源極接第四節(jié)點的負端V4n;第十五PMOS管M81的漏極接輸出節(jié)點的正端V5p，第十五 PMOS管I的柵極接輸出節(jié)點的負端V5n，第十五PMOS管M81的源極接第四節(jié)點的正端V4p ； 第十六PMOS管M8r的漏極接輸出節(jié)點的負端V5n，第十六PMOS管M8r的柵極輸出節(jié)點的正端 V5p，第十六PMOS管M8r的源極接第四節(jié)點的負端V4n ；第十七PMOS管M31的漏極接第二節(jié)點的正端V2p，第十七PMOS管M31的柵極接第二節(jié)點的負端V2n，第十七PMOS管M31的源極接電源電壓VDD ；第十八PMOS管^的漏極接第二節(jié)點的負端V2n，第十八PMOS管^的柵極接第二節(jié)點的正端V2p，第十八PMOS管M3,的源極接電源電壓VDD ；第十九PMOS管M71的漏極接第四節(jié)點的正端V4p，第十九PMOS管M71的柵極接第四節(jié)點的負端V4n，第十九PMOS管M71 的源極接電源電壓VDD ；第二十PMOS管M7r的漏極接第四節(jié)點的負端V4n，第二十PMOS管M7r 的柵極接第四節(jié)點的正端V4p，第二十PMOS管M7r的源極接電源電壓VDD。本發(fā)明提出的另一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，其特征在于，采用全NMOS管實現(xiàn)，該有源低通濾波器包括電容單元，用于綜合低通濾波特性；輸入單元，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號；有源電感單元，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感；所述的電容，由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5 組成，其中，第二電容和第四電容用于變換有源電感；第一電容C1的正極接第一節(jié)點的正端 Vlp，第一電容C1的負極接第一節(jié)點的負端Vln ；第二電容C2的正極接第二節(jié)點的正端V2p，第二電容C2的負極接第二節(jié)點的負端V2n ；第三電容C3的正極接第三節(jié)點的正端V3p，第三電容C3的負極接第三節(jié)點的負端V3n ；第四電容C4的正極接第四節(jié)點的正端V4p，第四電容C4 的負極接第四節(jié)點的負端V4n ；第五電容C5的正極接輸出節(jié)點的正端V。p，第五電容C5的負極接輸出節(jié)點的負端V。n;所述的輸入單元，由第一 NMOS管M11和第二 NMOS管Mlr組成；第一 NMOS管M11的漏極接電源電壓VDD，第一 NMOS管M11的柵極接輸入正端Vip，第一 NMOS管M11的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第二 NMOS管M1,的漏極接電源電壓VDD，第二 NMOS管M1,的柵極接輸入負端Vin，第二 NMOS管Mt的源極接第一節(jié)點的負端Vln ；所述的有源電感單元，由第三NMOS管Mtll、第四NMOS管Mtlr、第五NMOS管M51、第六匪OS管M5r、第七匪OS管M91、第八匪OS管M9r、第九匪OS管M21、第十匪OS管M2r、第^^一匪OS 管M41、第十二匪OS管M4r、第十三匪OS管M61、第十四匪OS管M6r、第十五匪OS管M81、第十六匪OS管Μ&、第十七匪OS管M31、第十八匪OS管Μ&、第十九匪OS管M71和第二十匪OS管M^ ； 第三NMOS管Mtll的漏極接電源電壓VDD，第三NMOS管Mtll的柵極接偏置電壓Vb，第三NMOS管 M01的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第四NMOS管M0r的漏極接電源電壓VDD，第四NMOS管M0r 的柵極接偏置電壓\，第四NMOS管M0r的源極接第一節(jié)點的負端V2n ；第五NMOS管M51的漏極和柵極接電源電壓VDD，第五NMOS管M51的源極接第三節(jié)點的正端；第六NMOS管M5,的漏極和柵極接電源電壓VDD，第六NMOS管M5,的源極接第三節(jié)點的負端Vai ；第七NMOS管M91 的漏極和柵極接電源電壓VDD，第七NMOS管M91的源極接輸出節(jié)點的正端V。p ；第八NMOS管 M9r的漏極和柵極接電源電壓VDD，第八NMOS管M9r的源極接輸出節(jié)點的負端V。n ；第九NMOS 管M21的漏極接第一節(jié)點的正端Vlp，第九NMOS管‘的柵極接第一節(jié)點的負端Vln，第九NMOS管M21的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十匪05管1^的漏極接第一節(jié)點的負端Vln，第十NMOS 管M2r的柵極接第一節(jié)點的正端Vlp，第十NMOS管M2r的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十一 NMOS管M41的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十一 NMOS管M41的柵極接第三節(jié)點的負端V3n， 第十一 NMOS管M41的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十二 NMOS管的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十二 NMOS管的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十二 NMOS管的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十三NMOS管M61的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十三NMOS管M61的柵極接第三節(jié)點的負端V3n，第十三NMOS管M61的源極接第四節(jié)點的正端V4p ；第十四匪03管1的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十四匪05管禮,的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十四NMOS管 M6r的源極接第四節(jié)點的負端V4n;第十五NMOS管M81的漏極接輸出節(jié)點的正端V。p，第十五 NMOS管I的柵極接輸出節(jié)點的負端V。n，第十五NMOS管M81的源極接第四節(jié)點的正端V4p ； 第十六NMOS管M8r的漏極接輸出節(jié)點的負端V5n，第十六NMOS管M8r的柵極接輸出節(jié)點的正端V5p，第十六NMOS管M8r的源極接第四節(jié)點的負端V4n ；第十七NMOS管M31的漏極接第二節(jié)點的正端V2p，第十七NMOS管M31的柵極接第二節(jié)點的負端V2n，第十七NMOS管M31的源極接地電壓GND ；第十八NMOS管的漏極接第二節(jié)點的負端V2n，第十八NMOS管的柵極接第二節(jié)點的正端V2p，第十八NMOS管^的源極接地電壓GND ；第十九NMOS管M71的漏極接第四節(jié)點的正端、，第十九NMOS管M71的柵極接第四節(jié)點的負端V4n，第十九NMOS管M71的源極接地電壓GND ；第二十NMOS管M7r的漏極接第四節(jié)點的負端V4n，第二十NMOS管M7r的柵極接第四節(jié)點的正端V4p，第二十NMOS管M7r的源極接地電壓GND。本發(fā)明的特點及效果(1)本發(fā)明與傳統(tǒng)基于負反饋電感替代法不同，基于正反饋技術(shù)實現(xiàn)電感替代法設(shè)計高階有源低通濾波器。(2)本發(fā)明采用電流復(fù)用技術(shù)和電壓域處理模擬信號，實現(xiàn)了在低功耗下獲得高線性度。(3)本發(fā)明與基于雙二階單元的級聯(lián)法設(shè)計高階有源低通濾波器相比，采用了電感替代法使其受工藝偏差影響很小。(4)本發(fā)明可由很少的晶體管實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)對稱簡單，易于設(shè)計。(5)本發(fā)明進一步還可根據(jù)應(yīng)用對濾波器的增益要求，調(diào)整部分MOS管的寬的比例，實現(xiàn)不同通帶增益。(6)本發(fā)明還可通過合理設(shè)定晶體管的尺寸，在各種工藝角下使得第一節(jié)點到輸出節(jié)點的正跨導(dǎo)總和(包括寄生跨導(dǎo))大于負跨導(dǎo)，這樣就可以保證電路的穩(wěn)定性。


圖1是已有的一階基于源極跟隨器積分器的示意圖；圖2是已有的全PMOS雙二階單元和全NMOS雙二階單元通過級聯(lián)形成四階低通濾波器的示意圖；圖3是本發(fā)明提出的全PMOS管基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器的示意圖；圖4是本發(fā)明提出的全NMOS管基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器的示意圖5是本發(fā)明提出的5階有源低通濾波器的幅度傳輸曲線。
具體實施例方式本發(fā)明的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下本發(fā)明提出的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，如圖3所示，其特征在于，采用全PMOS管實現(xiàn)，該有源低通濾波器包括電容單元1，用于綜合低通濾波特性，輸入單元2，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號；有源電感單元3，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感；各單元分別用虛線框標出；其中，所述的電容單元1，由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5組成，第二電容和第四電容用于變換有源電感；其中，第一電容C1的正極接第一節(jié)點的正端Vlp，第一電容C1的負極接第一節(jié)點的負端Vln;第二電容C2的正極接第二節(jié)點的正端V2p，第二電容C2的負極接第二節(jié)點的負端V2n;第三電容C3的正極接第三節(jié)點的正端V3p，第三電容C3的負極接第三節(jié)點的負端V3n ；第四電容C4的正極接第四節(jié)點的正端\， 第四電容C4的負極接第四節(jié)點的負端V4n;第五電容C5的正極接輸出節(jié)點的正端v。p，第五電容C5的負極接輸出節(jié)點的負端v。n ；所述的輸入單元2，由第一 PMOS管M11和第二 PMOS管M^組成；第一 PMOS管M11的漏極接地電壓GND，第一 PMOS管M11的柵極接輸入正端Vip，第一 PMOS管M11的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第二 PMOS管的漏極接地電壓GND，第二 PMOS管M^的柵極接輸入負端Vin， 第二 PMOS管Mt的源極接第一節(jié)點的負端Vln ；所述的有源電感單元3，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管第十七PMOS管M31、第十八PMOS管、第十九PMOS管M71和第二十PMOS管 M7r ；第三PMOS管Mtll的漏極接地電壓GND，第三PMOS管Mtll的柵極接偏置電壓Vb，第三PMOS 管M01的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第四PMOS管Mto的漏極接地電壓GND，第四PMOS管M0r 的柵極接偏置電壓\，第四PMOS管M0r的源極接第一節(jié)點的負端V2n ；第五PMOS管M51的漏極和柵極接地電壓GND，第五PMOS管M51的源極接第三節(jié)點的正端V3p ；第六PMOS管Mfe的漏極和柵極接地電壓GND，第六PMOS管Mfe的源極接第三節(jié)點的負端V3n ；第七PMOS管M91 的漏極和柵極接地電壓GND，第七PMOS管M91的源極接輸出節(jié)點的正端V。p ；第八
的漏極和柵極接地電壓GND，第八PMOS管M9r的源極接輸出節(jié)點的負端V。n ；第九PMOS管M21 的漏極接第一節(jié)點的正端Vlp，第九PMOS管M21的柵極接第一節(jié)點的負端Vln，第九PMOS管 M21的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十PMOS管M2r的漏極接第一節(jié)點的負端Vln，第十PMOS 管M2r的柵極接第一節(jié)點的正端Vlp，第十PMOS管M2r的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十一 PMOS管M41的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十一 PMOS管M41的柵極接第三節(jié)點的負端V3n， 第十一 PMOS管M41的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十二 PMOS管的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十二 PMOS管的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十二 PMOS管的源極接第二節(jié)點的負端V2n;第十三PMOS管M61的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十三PMOS管M61的柵極接第三節(jié)點的負端V3n，第十三PMOS管M61的源極接第四節(jié)點的正端V4p ；第十四？1 3管1的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十四PMOS管Mer的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十四PMOS管 M6r的源極接第四節(jié)點的負端V4n;第十五PMOS管^的漏極接輸出節(jié)點的正端V5p，第十五 PMOS管M81的柵極接輸出節(jié)點的負端V5n，第十五PMOS管M81的源極接第四節(jié)點的正端V4p ； 第十六PMOS管M8r的漏極接輸出節(jié)點的負端V5n，第十六PMOS管M8r的柵極輸出節(jié)點的正端 V5p，第十六PMOS管M8r的源極接第四節(jié)點的負端V4n ；第十七PMOS管M31的漏極接第二節(jié)點的正端V2p，第十七PMOS管M31的柵極接第二節(jié)點的負端V2n，第十七PMOS管M31的源極接電源電壓VDD ；第十八PMOS管^的漏極接第二節(jié)點的負端V2n，第十八PMOS管^的柵極接第二節(jié)點的正端V2p，第十八PMOS管^的源極接電源電壓VDD ；第十九PMOS管M71的漏極接第四節(jié)點的正端V4p，第十九PMOS管M71的柵極接第四節(jié)點的負端V4n，第十九PMOS管M71 的源極接電源電壓VDD ；第二十PMOS管M7r的漏極接第四節(jié)點的負端V4n，第二十PMOS管M7r 的柵極接第四節(jié)點的正端V4p，第二十PMOS管M7r的源極接電源電壓VDD。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明可根據(jù)應(yīng)用對濾波器的增益要求，調(diào)整部分PMOS管的寬度比例，實現(xiàn)不同通帶增益。例如所述的第一 PMOS管M11的寬(Wl)與第三PMOS管 M01的寬(WO)之和等于第七PMOS管M91的寬(W9)；所述的第二 PMOS管Mlr的寬(Wl)與第四PMOS管M0r的寬(WO)之和等于第八PMOS管M9r的寬(W9)；第五PMOS管M51、第六PMOS管 Μ&、第七PMOS管M91和第八PMOS管Mite的寬都相等。本發(fā)明提出的另一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，如圖4所示，采用全NMOS管實現(xiàn)，該有源低通濾波器包括電容單元1，用于綜合低通濾波特性；輸入單元2，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號；有源電感單元3，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感；各單元分別用虛線框標出；所述的電容，由第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5 組成，其中，第二電容和第四電容用于變換有源電感；第一電容C1的正極接第一節(jié)點的正端 Vlp，第一電容C1的負極接第一節(jié)點的負端Vln ；第二電容C2的正極接第二節(jié)點的正端V2p，第二電容C2的負極接第二節(jié)點的負端V2n ；第三電容C3的正極接第三節(jié)點的正端V3p，第三電容C3的負極接第三節(jié)點的負端V3n ；第四電容C4的正極接第四節(jié)點的正端V4p，第四電容C4 的負極接第四節(jié)點的負端V4n ；第五電容C5的正極接輸出節(jié)點的正端V。p，第五電容C5的負極接輸出節(jié)點的負端V。n;所述的輸入單元2，由第一匪OS管M11和第二匪OS管M^組成；第一匪OS管M11的漏極接電源電壓VDD，第一 NMOS管M11的柵極接輸入正端Vip，第一 NMOS管M11的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第二 NMOS管M1,的漏極接電源電壓VDD，第二 NMOS管M1,的柵極接輸入負端Vin，第二 NMOS管Mt的源極接第一節(jié)點的負端Vln ；所述的有源電感單元3，由第三NMOS管Mtll、第四NMOS管M0r、第五NMOS管M51、第六匪OS管M5r、第七匪OS管M91、第八匪OS管M9r、第九匪OS管M21、第十匪OS管M2r、第^^一匪OS 管M41、第十二匪OS管M4r、第十三匪OS管M61、第十四匪OS管M6r、第十五匪OS管M81、第十六匪OS管Μ&、第十七匪OS管M31、第十八匪OS管Μ&、第十九匪OS管M71和第二十匪OS管M^ ； 第三NMOS管Mtll的漏極接電源電壓VDD，第三NMOS管Mtll的柵極接偏置電壓Vb，第三NMOS管 M01的源極接第一節(jié)點的正端Vlp ；第四NMOS管Mtl,的漏極接電源電壓VDD，第四NMOS管Mtl,的柵極接偏置電壓\，第四NMOS管Mcte的源極接第一節(jié)點的負端V2n ；第五NMOS管M51的漏極和柵極接電源電壓VDD，第五NMOS管M51的源極接第三節(jié)點的正端；第六NMOS管M5,的漏極和柵極接電源電壓VDD，第六NMOS管M5,的源極接第三節(jié)點的負端Vai ；第七NMOS管M91 的漏極和柵極接電源電壓VDD，第七NMOS管M91的源極接輸出節(jié)點的正端V。p ；第八NMOS管 M9r的漏極和柵極接電源電壓VDD，第八NMOS管M9r的源極接輸出節(jié)點的負端V。n ；第九NMOS 管M21的漏極接第一節(jié)點的正端Vlp，第九NMOS管‘的柵極接第一節(jié)點的負端Vln，第九NMOS 管M21的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十匪05管1^的漏極接第一節(jié)點的負端Vln，第十NMOS 管M2r的柵極接第一節(jié)點的正端Vlp，第十NMOS管M2r的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十一 NMOS管M41的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十一 NMOS管M41的柵極接第三節(jié)點的負端V3n， 第十一 NMOS管M41的源極接第二節(jié)點的正端V2p ；第十二 NMOS管的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十二 NMOS管的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十二 NMOS管的源極接第二節(jié)點的負端V2n ；第十三NMOS管M61的漏極接第三節(jié)點的正端V3p，第十三NMOS管M61的柵極接第三節(jié)點的負端V3n，第十三NMOS管M61的源極接第四節(jié)點的正端V4p ；第十四匪03管1的漏極接第三節(jié)點的負端V3n，第十四匪05管禮,的柵極接第三節(jié)點的正端V3p，第十四NMOS管 M6r的源極接第四節(jié)點的負端V4n;第十五NMOS管M81的漏極接輸出節(jié)點的正端V。p，第十五 NMOS管I的柵極接輸出節(jié)點的負端V。n，第十五NMOS管M81的源極接第四節(jié)點的正端V4p ； 第十六NMOS管M8r的漏極接輸出節(jié)點的負端V5n，第十六NMOS管M8r的柵極接輸出節(jié)點的正端V5p，第十六NMOS管M8r的源極接第四節(jié)點的負端V4n ；第十七NMOS管M31的漏極接第二節(jié)點的正端V2p，第十七NMOS管M31的柵極接第二節(jié)點的負端V2n，第十七NMOS管M31的源極接地電壓GND ；第十八NMOS管的漏極接第二節(jié)點的負端V2n，第十八NMOS管的柵極接第二節(jié)點的正端V2p，第十八NMOS管^的源極接地電壓GND ；第十九NMOS管M71的漏極接第四節(jié)點的正端、，第十九NMOS管M71的柵極接第四節(jié)點的負端V4n，第十九NMOS管M71的源極接地電壓GND ；第二十NMOS管M7r的漏極接第四節(jié)點的負端V4n，第二十NMOS管M7r的柵極接第四節(jié)點的正端V4p，第二十NMOS管M7r的源極接地電壓GND。在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明可根據(jù)應(yīng)用對濾波器的增益要求，調(diào)整部分NMOS管的寬度比例，實現(xiàn)不同通帶增益。例如所述的第一 NMOS管M11的寬(Wl)與第三匪OS管 M01的寬(WO)之和等于第七NMOS管M91的寬(W9)；所述的第二 NMOS管的寬(Wl)與第四匪OS管Mcte的寬(■)之和等于第八匪OS管Mite的寬(W9) ’第五匪OS管M51、第六匪OS管 Μ&、第七匪OS管M91和第八匪OS管M9,的寬都相等。本發(fā)明所述的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，與傳統(tǒng)基于負反饋電感替代法不同，基于正反饋技術(shù)實現(xiàn)電感替代法設(shè)計高階有源低通濾波器。通過合理設(shè)定晶體管的尺寸，在各種工藝角下使得第一節(jié)點到輸出節(jié)點的正跨導(dǎo)總和(包括寄生跨導(dǎo))大于負跨導(dǎo)，這樣就可以保證電路的穩(wěn)定性；采用電流復(fù)用技術(shù)和電壓域處理模擬信號，實現(xiàn)了在低功耗下獲得高線性度；與基于雙二階單元的級聯(lián)法設(shè)計高階有源低通濾波器相比， 采用了電感替代法使其受工藝偏差影響很??；根據(jù)應(yīng)用對濾波器的增益要求，調(diào)整輸入部分中第一 PMOS管和第三PMOS管、第二 PMOS管和第四PMOS管的寬的比例，實現(xiàn)不同通帶增益；可由很少的晶體管實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)對稱簡單，易于設(shè)計。以下介紹對本發(fā)明所述的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器進行仿真驗證的結(jié)果
基于5階無源電感電容濾波器原型，采用CMOS 90nm工藝對圖3所示本發(fā)明提出的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器進行設(shè)計，以驗證本發(fā)明的正確性。圖5中描述的曲線是圖3中的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器的幅度傳輸曲線，該曲線圖的垂直坐標軸和水平坐標軸分別表示以dB為單位的幅度和相應(yīng)的頻率(MHz)。從該曲線可知道(1)通帶增益為-3. OdB ； (2) 3dB帶寬為20MHz ； (3)實現(xiàn)帶外5階濾波器特性。本設(shè)計功耗消耗2. 8mW，帶內(nèi)IIP3線性度為15daii。通過改變輸入部分中的第一 PMOS管和第三PMOS管、第二 PMOS管和第四PMOS管的寬的比例，如表1所示，得到不同的通帶增益。隨著輸入部分中的第一 PMOS管和第二 PMOS 管的寬(W1)的比例不斷增加，低通濾波器的通帶增益不斷增加，也就是有更多輸入信號被后續(xù)的電路處理。表1 圖3中晶體管輸入部分和虛設(shè)部分的晶體管的寬比例不同和仿真得到的通帶增益
權(quán)利要求
1. 一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，其特征在于，采用全PMOS管實現(xiàn)， 該有源低通濾波器包括電容單元，用于綜合低通濾波特性， 輸入單元，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號； 有源電感單元，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感；所述的電容單元、，由第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)和第五電容(C5)組成，第二電容和第四電容用于變換有源電感；其中，第一電容(C1)的正極接第一節(jié)點的正端(Vlp)，第一電容(C1)的負極接第一節(jié)點的負端(Vln)；第二電容(C2)的正極接第二節(jié)點的正端(V2p)，第二電容(C2)的負極接第二節(jié)點的負端(V2n)；第三電容(C3)的正極接第三節(jié)點的正端(v3p)，第三電容(C3)的負極接第三節(jié)點的負端(V3n)；第四電容(C4)的正極接第四節(jié)點的正端(V4p)，第四電容(C4)的負極接第四節(jié)點的負端(V4n)；第五電容(C5) 的正極接輸出節(jié)點的正端(v。p)，第五電容(C5)的負極接輸出節(jié)點的負端(v。n)；所述的輸入單元，由第一 PMOS管(M11)和第二 PMOS管(MJ組成；第一 PMOS管(M11)的漏極接地電壓(GND)，第一 PMOS管(M11)的柵極接輸入正端(Vip)，第一 PMOS管(M11)的源極接第一節(jié)點的正端(Vlp)；第二 PMOS管(MJ的漏極接地電壓(GND)，第二 PMOS管(Mj的柵極接輸入負端(Vin)，第二 PMOS管(MJ的源極接第一節(jié)點的負端(Vln)；所述的有源電感單元，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i^一 PMOS管(M41)、第十二 PMOS管(MJ、第十三PMOS管(M61)、第十四PMOS管(Mj、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(Ma)；第三PMOS管(Mtll)的漏極接地電壓(GND)，第三PMOS 管(Mtll)的柵極接偏置電壓(Vb)，第三PMOS管(Mtll)的源極接第一節(jié)點的正端(Vlp)；第四 PMOS管(MJ的漏極接地電壓(GND)，第四PMOS管(Mtlr)的柵極接偏置電壓(Vb)，第四PMOS 管(MJ的源極接第一節(jié)點的負端(V2n)；第五PMOS管(M51)的漏極和柵極接地電壓(GND)， 第五PMOS管(M51)的源極接第三節(jié)點的正端(V3p)；第六PMOS管(MJ的漏極和柵極接地電壓(GND)，第六PMOS管(MJ的源極接第三節(jié)點的負端(V3n)；第七PMOS管(M91)的漏極和柵極接地電壓(GND)，第七PMOS管(M91)的源極接輸出節(jié)點的正端(V。p)；第八PMOS管(Mj的漏極和柵極接地電壓(GND)，第八PMOS管(MJ的源極接輸出節(jié)點的負端(V。n)；第九PMOS 管(M21)的漏極接第一節(jié)點的正端(Vlp)，第九PMOS管(M21)的柵極接第一節(jié)點的負端(Vln)， 第九PMOS管(M21)的源極接第二節(jié)點的正端(V2p)；第十PMOS管(M2r)的漏極接第一節(jié)點的負端(Vln)，第十PMOS管(M2r)的柵極接第一節(jié)點的正端(Vlp)，第十PMOS管(M2r)的源極接第二節(jié)點的負端(V2n)；第十一 PMOS管(M41)的漏極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十一 PMOS管 (M41)的柵極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十一 PMOS管(M41)的源極接第二節(jié)點的正端(V2p)； 第十二 PMOS管(MJ的漏極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十二 PMOS管(MJ的柵極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十二 PMOS管的源極接第二節(jié)點的負端(V2n)；第十三PMOS管(M61) 的漏極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十三PMOS管(M61)的柵極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十三PMOS管(M61)的源極接第四節(jié)點的正端(Ip)；第十四PMOS管(MJ的漏極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十四PMOS管(M6r)的柵極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十四PMOS管(M6r)的源極接第四節(jié)點的負端(V4n)；第十五PMOS管(M81)的漏極接輸出節(jié)點的正端(V5P)，第十五PMOS管(M81)的柵極接輸出節(jié)點的負端(V5n)，第十五PMOS管(M81)的源極接第四節(jié)點的正端(Ip)；第十六PMOS管(M8r)的漏極接輸出節(jié)點的負端(V5n)，第十六PMOS管(MiJ的柵極輸出節(jié)點的正端(V5p)，第十六PMOS管(Mto)的源極接第四節(jié)點的負端(V4n)；第十七PMOS管 (M31)的漏極接第二節(jié)點的正端(V2p)，第十七PMOS管(M31)的柵極接第二節(jié)點的負端(V2n)， 第十七PMOS管(M31)的源極接電源電壓(VDD)；第十八PMOS管(M&)的漏極接第二節(jié)點的負端(V2n)，第十八PMOS管(M3r)的柵極接第二節(jié)點的正端(V2p)，第十八PMOS管(M3r)的源極接電源電壓(VDD)；第十九PMOS管(M71)的漏極接第四節(jié)點的正端(V4p)，第十九PMOS 管(M71)的柵極接第四節(jié)點的負端(V4n)，第十九PMOS管(M71)的源極接電源電壓(VDD)；第二十PMOS管(M7r)的漏極接第四節(jié)點的負端(V4n)，第二十PMOS管(M7r)的柵極接第四節(jié)點的正端(V4p)，第二十PMOS管(M7r)的源極接電源電壓(VDD)。
2.如權(quán)利要求1所述的有源低通濾波器，其特征在于，所述的第一PMOS管(M11)的寬度與第三PMOS管(Mtll)的寬度之和等于第七PMOS管(M91)的寬度；所述的第二 PMOS管(Mj 寬度與第四PMOS管(Mci,)的寬度之和等于第八PMOS管(MJ的寬度；第五PMOS管(M51)、第六PMOS管(MJ、第七PMOS管(M91)和第八PMOS管(Mj的寬度都相等。
3.一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，其特征在于，采用全NMOS管實現(xiàn)， 該有源低通濾波器包括電容單元，用于綜合低通濾波特性； 輸入單元，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號； 有源電感單元，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感；所述的電容，由第一電容(Q、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)和第五電容(C5)組成，其中，第二電容和第四電容用于變換有源電感；第一電容(C1)的正極接第一節(jié)點的正端(Vlp)，第一電容(C1)的負極接第一節(jié)點的負端(Vln)；第二電容(C2)的正極接第二節(jié)點的正端(V2p)，第二電容(C2)的負極接第二節(jié)點的負端(V2n)；第三電容(C3)的正極接第三節(jié)點的正端(v3p)，第三電容(C3)的負極接第三節(jié)點的負端(V3n)；第四電容(C4)的正極接第四節(jié)點的正端(V4p)，第四電容(C4)的負極接第四節(jié)點的負端(V4n)；第五電容(C5) 的正極接輸出節(jié)點的正端(v。p)，第五電容(C5)的負極接輸出節(jié)點的負端(v。n)；所述的輸入單元，由第一 NMOS管(M11)和第二 NMOS管(Mj組成；第一 NMOS管(M11)的漏極接電源電壓(VDD)，第一 NMOS管(M11)的柵極接輸入正端(Vip)，第一 NMOS管(M11)的源極接第一節(jié)點的正端(Vlp)；第二 NMOS管(MJ的漏極接電源電壓(VDD)，第二 NMOS管(MJ 的柵極接輸入負端(Vin)，第二 NMOS管(Mlr)的源極接第一節(jié)點的負端(Vln)；所述的有源電感單元，由第三NMOS管(Mtll)、第四NMOS管(Mtlr)、第五NMOS管(M51)、第六匪OS管(M5r)、第七匪OS管(M91)、第八匪OS管(M9r)、第九匪OS管(M21)、第十匪OS管 (M2r)、第i^一 NMOS 管(M41)、第十二 NMOS 管(Mj、第十三 NMOS 管(M61)、第十四 NMOS 管(Mj、 第十五NMOS管(M81)、第十六NMOS管(Mto)、第十七NMOS管(M31)、第十八NMOS管(M&)、第十九NMOS管(M71)和第二十NMOS管(M&)；第三NMOS管(Mtll)的漏極接電源電壓(VDD)，第三NMOS管(Mtll)的柵極接偏置電壓(Vb)，第三NMOS管(Mtll)的源極接第一節(jié)點的正端(Vlp)； 第四NMOS管(Mtlr)的漏極接電源電壓(VDD)，第四NMOS管(Mj的柵極接偏置電壓(Vb)，第四NMOS管(MJ的源極接第一節(jié)點的負端(V2n)；第五NMOS管(M51)的漏極和柵極接電源電壓(VDD)，第五NMOS管(M51)的源極接第三節(jié)點的正端(V3p)；第六NMOS管(M5,)的漏極和柵極接電源電壓(VDD)，第六NMOS管(M5,)的源極接第三節(jié)點的負端(V3n)；第七NMOS管 (M91)的漏極和柵極接電源電壓(VDD)，第七NMOS管(M91)的源極接輸出節(jié)點的正端(V。p)； 第八NMOS管(Mite)的漏極和柵極接電源電壓(VDD)，第八NMOS管(Mj的源極接輸出節(jié)點的負端(VJ ；第九NMOS管(M21)的漏極接第一節(jié)點的正端(Vlp)，第九NMOS管(M21)的柵極接第一節(jié)點的負端(Vln)，第九NMOS管(M21)的源極接第二節(jié)點的正端(、)；第十NMOS管 (M2r)的漏極接第一節(jié)點的負端(Vln)，第十NMOS管(M2r)的柵極接第一節(jié)點的正端(Vlp)，第十NMOS管(M2r)的源極接第二節(jié)點的負端(V2n)；第十一 NMOS管(M41)的漏極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十一 NMOS管(M41)的柵極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十一 NMOS管(M41)的源極接第二節(jié)點的正端(V2p)；第十二 NMOS管(MJ的漏極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十二 NMOS管的柵極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十二 NMOS管的源極接第二節(jié)點的負端(V2n)；第十三NMOS管(M61)的漏極接第三節(jié)點的正端(V3p)，第十三NMOS管(M61)的柵極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十三NMOS管(M61)的源極接第四節(jié)點的正端(V4p)；第十四NMOS管 (M6r)的漏極接第三節(jié)點的負端(V3n)，第十四NMOS管(MJ的柵極接第三節(jié)點的正端(V3p)， 第十四NMOS管(MJ的源極接第四節(jié)點的負端(V4n)；第十五NMOS管(M81)的漏極接輸出節(jié)點的正端(V。p)，第十五NMOS管(M81)的柵極接輸出節(jié)點的負端(VJ，第十五NMOS管(M81) 的源極接第四節(jié)點的正端(V4p)；第十六NMOS管(Mto)的漏極接輸出節(jié)點的負端(V5n)，第十六NMOS管(M8,)的柵極接輸出節(jié)點的正端(V5p)，第十六NMOS管(M8,)的源極接第四節(jié)點的負端(V4n)；第十七NMOS管(M31)的漏極接第二節(jié)點的正端(V2p)，第十七NMOS管(M31)的柵極接第二節(jié)點的負端(V2n)，第十七NMOS管(M31)的源極接地電壓(GND)；第十八NMOS管 (M3r)的漏極接第二節(jié)點的負端(V2n)，第十八NMOS管(M&)的柵極接第二節(jié)點的正端(V2p)， 第十八NMOS管(M&)的源極接地電壓(GND)；第十九NMOS管(M71)的漏極接第四節(jié)點的正端(V4p)，第十九NMOS管(M71)的柵極接第四節(jié)點的負端(V4n)，第十九NMOS管(M71)的源極接地電壓(GND)；第二十NMOS管(M7^的漏極接第四節(jié)點的負端(V4n)，第二十NMOS管(Mj 的柵極接第四節(jié)點的正端(V4p)，第二十NMOS管(M7r)的源極接地電壓(GND)。
4.如權(quán)利要求3所述的有源低通濾波器，其特征在于所述的第一NMOS管(M11)的寬度與第三NMOS管(Mtll)的寬度之和等于第七NMOS管(M91)的寬度；所述的第二 NMOS管(Mj 的寬度與第四NMOS管(Mci,)的寬度之和等于第八NMOS管(MJ的寬度；第五NMOS管(M51)、 第六NMOS管(MJ、第七NMOS管(M91)和第八NMOS管(Mj的寬度都相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，屬于模擬濾波器設(shè)計領(lǐng)域。包括電容單元，用于綜合低通濾波特性，其中，第二電容和第四電容用于變換有源電感；輸入單元，用于在電壓域轉(zhuǎn)換輸入信號；有源電感單元，用于實現(xiàn)基于正反饋的有源電感。本發(fā)明的基于正反饋電感替代法的有源低通濾波器，基于正反饋技術(shù)實現(xiàn)實現(xiàn)電感替代法設(shè)計高階有源低通濾波器，使其受工藝偏差影響很小；采用電流復(fù)用技術(shù)和電壓域處理模擬信號，實現(xiàn)了在低功耗下獲得高線性度；可由很少的晶體管實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)對稱簡單，易于設(shè)計；還可通過調(diào)整輸入部分中第一PMOS管和第三PMOS管、第二PMOS管和第四PMOS管的寬的比例，實現(xiàn)不同通帶增益。
文檔編號H03H11/36GK102231623SQ20111009557
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者張莉, 楊佳樂, 王燕, 錢鶴, 陳勇 申請人:清華大學(xué)