一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十年來，隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展以及集成電路工藝的不斷進步，催生出 交叉學(xué)科無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN)技術(shù)。WSN技術(shù)由于其分布式、自組織和低成本的特點，對 其核心模塊無線射頻收發(fā)機提出了低功耗、高集成度和低成本的設(shè)計要求。模擬集成濾波 器作為接收機中的重要模塊，位于下混頻的后級、可變增益放大器的前級。下混頻后的中頻 信號除有用信道信號外，還包含帶外干擾信號，如不加以濾除會造成后級電路的增益飽和 以及干擾正常的信號解調(diào)。而模擬集成濾波器正是實現(xiàn)濾除帶外干擾信號的功能。
[0003] 目前對于模擬集成濾波器的研宄主要分為有源RC濾波器和Gm-C濾波器兩個方 面。有源RC濾波器中，運算放大器工作在閉環(huán)負(fù)反饋狀態(tài)，可以為濾波器提供很高的線 性度，但同時也帶來濾波器帶寬的限制和功耗的惡化，因此限制了有源RC濾波器主要用于 1MHz~10MHz的頻率范圍內(nèi)。Gm-C濾波器中跨導(dǎo)放大器工作在開環(huán)狀態(tài)，不受閉環(huán)帶寬的 限制，工作頻率高，同時可以保持較低的功耗，因此越來越受研宄者的關(guān)注。設(shè)計Gm-C濾波 器的方法有很多種，如二階單元級聯(lián)法、跳耦法、多積分器反饋法。但是無論采用何種方法， 都不可避免信號反饋環(huán)路的存在，同時為了提高抗干擾能力，射頻接收機中的Gm-C濾波器 普遍采用全差分結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)差分負(fù)反饋的功能，通常需要采用兩個相同跨導(dǎo)值的差分 跨導(dǎo)放大器輸出并聯(lián)來實現(xiàn)輸出電流的相減功能，即構(gòu)成了四輸入端口兩輸出端口的全差 分跨導(dǎo)放大器。常用的高性能跨導(dǎo)放大器如基于電流傳輸器的高線性跨導(dǎo)放大器由電壓電 流轉(zhuǎn)換級和電流輸出級構(gòu)成。采用傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計方式，直接并聯(lián)兩個相同的兩輸入跨 導(dǎo)放大器將造成功耗的增加，不符合低功耗的設(shè)計要求。因此設(shè)計一種低功耗的四輸入跨 導(dǎo)放大器具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：針對傳統(tǒng)全差分Gm-C濾波器中并聯(lián)相同跨導(dǎo)放大器實現(xiàn)的四輸入跨 導(dǎo)放大器的高功耗缺陷，本發(fā)明提出了一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器， 是一種通過共享電流輸出級的低功耗、高線性度的四輸入端口跨導(dǎo)放大器，采用基于電流 傳輸器的高線性度跨導(dǎo)放大器，通過共享電流輸出級，在實現(xiàn)差分電流相加減的功能的同 時，有效地減少了電路的功耗和面積。
[0005] 技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器，包括兩個差分電壓電流轉(zhuǎn)換 級和一個共享電流輸出級，分別稱兩個差分電壓電流轉(zhuǎn)換級為電壓電流轉(zhuǎn)換級A和電壓 電流轉(zhuǎn)換級B;差分電壓電流轉(zhuǎn)換級由超級源跟隨器和無源電阻構(gòu)成，超級源跟隨器通過 反饋精確復(fù)制差分輸入電壓，施加到無源電阻上后轉(zhuǎn)化為差分輸出電流；電壓電流轉(zhuǎn)換級 A的差分輸出電流為；
【主權(quán)項】
1. 一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器，其特征在于：包括兩個差分電 壓電流轉(zhuǎn)換級和一個共享電流輸出級，分別稱兩個差分電壓電流轉(zhuǎn)換級為電壓電流轉(zhuǎn)換級 A和電壓電流轉(zhuǎn)換級B ;差分電壓電流轉(zhuǎn)換級由超級源跟隨器和無源電阻構(gòu)成，超級源跟隨 器通過反饋精確復(fù)制差分輸入電壓，施加到無源電阻上后轉(zhuǎn)化為差分輸出電流；電壓電流 轉(zhuǎn)換級A的差分輸出電流為& = (G4 - 1/")/仏，電壓電流轉(zhuǎn)換級B的差分輸出電 流為匕-/。= (Ga - Gd/心，電壓電流轉(zhuǎn)換級A和電壓電流轉(zhuǎn)換級B輸出的電流通過 直接并聯(lián)的形式實現(xiàn)電流的加減，然后經(jīng)過共享電流輸出級輸出到高阻抗的輸出節(jié)點；該 四輸入跨導(dǎo)放大器的差分輸出電流為：
其中，以為電壓電流轉(zhuǎn)換級A的差分輸入信號，Κ。、為電壓電流轉(zhuǎn)換級B 的差分輸入信號，Ra為電壓電流轉(zhuǎn)換級A的無源電阻，A Β為電壓電流轉(zhuǎn)換級B的無源電阻， gA= 1/Ra, gB= 1/Rb〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器，其特征在于： 該四輸入跨導(dǎo)放大器的具體電路為： 第一 PMOS晶體管PMl的柵極、第二PMOS晶體管PM2的柵極、第三PMOS晶體管PM3的 柵極、第四PMOS晶體管PM4的柵極、第五PMOS晶體管PM5的柵極和第六PMOS晶體管PM6 的柵極相連后并接入偏置電壓V bp，第一 PMOS晶體管PM16的源極、第二PMOS晶體管PM26的 源極、第三PMOS晶體管PM36的源極、第四PMOS晶體管PM46的源極、第五PMOS晶體管PM56 的源極和第六PMOS晶體管PM6的源極相連后并接入電源電壓Vdd ; 第一 PMOS晶體管PMl的漏極、第七PMOS晶體管PM7的源極和第一 NMOS晶體管NMl的 漏極相連后并接入無源電阻Ra的一端，第二PMOS晶體管PM2的漏極、第八PMOS晶體管PM8 的源極和第二NMOS晶體管匪2的漏極相連后并接入無源電阻R a的另一端； 第三PMOS晶體管PM3的漏極與第三NMOS晶體管NM3的漏極相連，第四PMOS晶體管 PM4的漏極與第四NMOS晶體管NM4的漏極相連； 第五PMOS晶體管PM5的漏極、第九PMOS晶體管PM9的源極和第五NMOS晶體管NM5的 漏極相連后并接入無源電阻Rb的一端，第六PMOS晶體管PM6的漏極、第十PMOS晶體管PMlO 的源極和第六NMOS晶體管NM6的漏極相連后并接入無源電阻Rb的另一端； 第七PMOS晶體管PM7的漏極、第一 NMOS晶體管NMl的柵極和第七NMOS晶體管NM7的 漏極相連，第八PMOS晶體管PM8的漏極、第二NMOS晶體管NM2的柵極和第十NMOS晶體管 匪10的漏極相連，第九PMOS晶體管PM9的漏極、第五NMOS晶體管匪5的柵極和第十三NMOS 晶體管匪13的漏極相連，第十PMOS晶體管PMlO的漏極、第六NMOS晶體管NM6的柵極和第 十六NMOS晶體管匪16的漏極相連； 第一 NMOS晶體管NMl的源極、第八NMOS晶體管NM8的漏極、第四NMOS晶體管NM4的 源極和第十二NMOS晶體管NM12的漏極相連，第二NMOS晶體管NM2的源極、第九NMOS晶體 管NM9的漏極、第三NMOS晶體管NM3的源極和第^^一 NMOS晶體管NMll的漏極相連； 第三NMOS晶體管NM3的柵極和第四NMOS晶體管NM4的柵極相連后接入偏置電壓Vm; 第五NMOS晶體管匪5的源極、第十四NMOS晶體管匪14的漏極、第四NMOS晶體管NM4 的源極和第十二NMOS晶體管匪12的漏極相連，第六NMOS晶體管NM6的源極、第十五NMOS 晶體管匪15的漏極、第三NMOS晶體管匪3的源極和第^^一 NMOS晶體管匪11的漏極相連； 第七NMOS晶體管NM7的柵極、第八NMOS晶體管NM8的柵極、第九NMOS晶體管NM9的 柵極、第十NMOS晶體管匪10的柵極、第^^一 NMOS晶體管匪11的柵極、第十二NMOS晶體 管匪12的柵極、第十三NMOS晶體管匪13的柵極、第十四NMOS晶體管匪14的柵極、第十五 NMOS晶體管匪15的柵極和第十六NMOS晶體管匪16的柵極相連后接入偏置電壓Vbn; 第七NMOS晶體管NM7的源極、第八NMOS晶體管NM8的源極、第九NMOS晶體管NM9的 源極、第十NMOS晶體管匪10的源極、第^^一 NMOS晶體管匪11的源極、第十二NMOS晶體 管匪12的源極、第十三NMOS晶體管匪13的源極、第十四NMOS晶體管匪14的源極、第十五 NMOS晶體管匪15的源極和第十六NMOS晶體管匪16的源極相連后接地Gnd ; 第七PMOS晶體管PM7的柵極接差分輸入信號，第八PMOS晶體管PM8的柵極接差 分輸入信號R。，第九PMOS晶體管PM9的柵極接差分輸入信號第十PMOS晶體管PMlO 的柵極接差分輸入信號，第三PMOS晶體管ΡΜ3的漏極輸出差分輸出電流/Jui,第四PMOS 晶體管PM4的漏極輸出差分輸出電流
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導(dǎo)放大器，包括了電壓電流轉(zhuǎn)換級A、電壓電流轉(zhuǎn)換級B和一個共享電流輸出級電路三個模塊。本發(fā)明采用基于電流傳輸器的高線性跨導(dǎo)放大器，由電壓電流轉(zhuǎn)換級和電流輸出級構(gòu)成，通過將兩個全差分的電壓電流轉(zhuǎn)換級的輸出并聯(lián)，從而共享電流輸出級，實現(xiàn)了四輸入兩輸出的跨導(dǎo)放大器，相比于傳統(tǒng)的直接并聯(lián)兩個相同的跨導(dǎo)放大器的實現(xiàn)方式，直接實現(xiàn)了差分輸出電流相加減的功能，節(jié)省了電流輸出級的功耗，同時采用該發(fā)明的Gm-C濾波器與傳統(tǒng)的實現(xiàn)方式具有相同的頻率特性。
【IPC分類】H03F1-34, H03F3-45
【公開號】CN104660194
【申請?zhí)枴緾N201510098896
【發(fā)明人】吳建輝, 周明杰, 李紅, 陳超, 黃成
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月6日