專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于負(fù)反饋的二階帶通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬濾波器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于負(fù)反饋的二階帶通濾波器。
背景技術(shù)：
通常，二階帶通濾波器(帶通雙二階單元)傳輸函數(shù)如下
AH O) =--
ο UJn->
S2+
Qo(1)公式(1)中可知二階帶通濾波器要有復(fù)數(shù)極點(diǎn)，因此要求一個(gè)晶體管級(jí)雙二階單元中要有可以綜合復(fù)數(shù)極點(diǎn)的電路結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)高階濾波器的需求更多。通常二階帶通濾波器主要應(yīng)用在采用級(jí)聯(lián)法設(shè)計(jì)高階低通濾波器中。有關(guān)有源濾波器的級(jí)聯(lián)法和電感替代法設(shè)計(jì)高階濾波器相關(guān)知識(shí)可參考 Deliyannis, T. , Sun, Y. , and Fidler, J. , K. 'Continuous-Time Active Filter Design' Boca Raton, FL :CRC，1999。在傳統(tǒng)超外差接收機(jī)在第一次變頻之后要通過(guò)一級(jí)帶通濾波器實(shí)現(xiàn)選頻，通常采用片外聲表面波濾波器(SAW filter)，硬件代價(jià)很大。目前集成電路朝著片上全集成 (System on Chip)方向發(fā)展，由片上全集成帶通濾波器取代片外聲表面波濾波器。Le-Thai 在參考文獻(xiàn)《Ha Le-Thai,Huy-Hieu Nguyen,Hoai-Nam Nguyen,Hong-Soon Cho, Jeong-Seon Lee, and Sang-Gug Lee,"An IF Bandpass Filter Based on a Low Distortion Transconductor，”IEEE Journal of Solid-State Circuits，pp. 2250-2261，Nov. 2010》中描述了一種四階帶通濾波器，共由七個(gè)跨導(dǎo)單元組成，而每一個(gè)跨導(dǎo)單元如圖1所示，包括 16個(gè)晶體管組成的主電路、4個(gè)晶體管組成的抵消主電路輸出節(jié)點(diǎn)阻抗的對(duì)稱(chēng)負(fù)阻抗電路和8個(gè)晶體管組成的共模反饋電路。存在的主要問(wèn)題是(1)需要共模反饋電路；(2)晶體管數(shù)量之多，電路復(fù)雜。

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，提出一種基于負(fù)反饋的二階帶通濾波器，可在不增加共模反饋電路的情況下，有效降低濾波器單元的功耗。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種負(fù)反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用 PMOS管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一 PMOS管M31、第二 PMOS管Μ&、第三PMOS管M21、第四PMOS管M2r、第五PMOS管Mu、第六PMOS管Mlr、第一電容Cu、第二電容C21、第三電容C2r, 第四電容Cy第一電流源Ibl和第二電流源Ib2 ；其中，第一 PMOS管M31的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。p，第一 PMOS管M31的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的正端Vip，第一 PMOS管M31的源極接電源電壓 VDD ；第二 PMOS管M3,的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第二 PMOS管M3,的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的負(fù)端Vin，第二 PMOS管M3,的源極接電源電壓VDD ；第三PMOS管M21的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端Von,第三PMOS管M21的源極接電源電壓VDD ；第四PMOS管M2,的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p， 第四PMOS管M2,的源極接電源電壓VDD ’第五PMOS管M11的漏極接地電壓GND，第五PMOS管 M11的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n ；第六PMOS管Mt的漏極接地電壓GND，第六PMOS管的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p ；第一電容C11的負(fù)極接地電壓GND ；第二電容C21的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n，第二電容C21的負(fù)極接地電壓GND ；第三電容的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端 V。p，第三電容(^的負(fù)極接地電壓GND ；第四電容Q的負(fù)極接地電壓GND ；第一電流源Ibl的正極、第三PMOS管M21的漏極、第五PMOS管M11的柵極和第一電容C11的正極連接在一起， 第一電流源Ibl的負(fù)極接地電壓GND ；第二電流源Ib2的正極、第四PMOS管M2r的漏極、第六 PMOS管的柵極和第二電容C21的正極連接在一起，第二電流源Ib2的負(fù)極接地電壓GND。本發(fā)明還提出了另一種負(fù)反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用NMOS管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一 NMOS管M31、第二 NMOS管Μ&、第三NMOS管M21、第四NMOS管 Μ&、第五NMOS管Mu、第六NMOS管禮”第一電容Cu、第二電容C21、第三電容C&、第四電容(^、 第一電流源Ibl和第二電流源Ib2 ；其中，第一 NMOS管M31的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。p，第一 NMOS管M31的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的正端Vip，第一 NMOS管M31的源極接地電壓GND ；第二 NMOS 管M3r的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第二 NMOS管的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的負(fù)端Vin，第二 NMOS 管1的源極接地電壓GND ；第三NMOS管M21的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n，第三NMOS管M21 的源極接地電壓GND ；第四NMOS管M2r的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第四NMOS管M2r的源極接地電壓GND ；第五NMOS管M11的漏極接電源電壓VDD，第五NMOS管M11的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n ；第六NMOS管Mt的漏極接電源電壓VDD，第六NMOS管的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p ；第一電容C11的負(fù)極接電源電壓VDD ；第二電容Q1的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n， 第二電容C21的負(fù)極接電源電壓VDD ；第三電容C2,的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第三電容 C2r的負(fù)極接電源電壓VDD ；第四電容Q的負(fù)極接電源電壓VDD ；第一電流源Ibl的正極、第三NMOS管M21的漏極、第五NMOS管M11的柵極和第一電容C11的正極連接在一起，第一電流源Ibl的負(fù)極接電源電壓VDD ；第二電流源Ib2的正極、第四NMOS管^的漏極、第六NMOS管 Mlr的柵極和第二電容C21的正極連接在一起，第二電流源Ib2的負(fù)極接電源電壓VDD。本發(fā)明的特點(diǎn)及效果本發(fā)明基于負(fù)反饋技術(shù)，不需要共模反饋電路，有效地降低功耗；僅僅使用了八個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙二階單元，要實(shí)現(xiàn)四階帶通濾波器僅需要十六個(gè)晶體管，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)簡(jiǎn)單， 易于設(shè)計(jì)，有效地降低了帶通濾波器電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。本發(fā)明還可以進(jìn)一步控制第一 PMOS管和第二 PMOS管與第五PMOS管和第六PMOS 管的跨導(dǎo)比例來(lái)調(diào)整通帶增益。


圖1是已有的帶通濾波器中跨導(dǎo)單元的示意圖；圖2是本發(fā)明提出的一種基于負(fù)反饋的二階帶通濾波器的示意圖；圖3是本發(fā)明提出的一種基于負(fù)反饋的二階帶通濾波器的示意圖；圖4是本發(fā)明提出的4階有源帶通濾波器的幅度傳輸曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的負(fù)反饋的二階帶通濾波器結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明提出的一種負(fù)反饋的二階帶通濾波器，如圖2所示，其特征在于，采用PMOS 管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一PMOS管M31、第二PMOS管Μ&、第三PMOS管M21、第四PMOS 管M2r、第五PMOS管Mu、第六PMOS管Mlr、第一電容Cu、第二電容C21、第三電容C2r、第四電容 Cy第一電流源Ibl和第二電流源Ib2 ；其中，第一 PMOS管M31的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。p， 第一 PMOS管M31的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的正端Vip，第一 PMOS管M31的源極接電源電壓VDD ；第二 PMOS管的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第二 PMOS管的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的負(fù)端Vin， 第二 PMOS管M3,的源極接電源電壓VDD ；第三PMOS管M21的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n，第三PMOS管M21的源極接電源電壓VDD ；第四PMOS管M2r的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第四 PMOS管M2,的源極接電源電壓VDD ’第五PMOS管M11的漏極接地電壓GND，第五PMOS管M11 的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n ；第六PMOS管的漏極接地電壓GND，第六PMOS管的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p ；第一電容C11的負(fù)極接地電壓GND ；第二電容C21的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n，第二電容C21的負(fù)極接地電壓GND ；第三電容的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p， 第三電容(^的負(fù)極接地電壓GND ；第四電容Q的負(fù)極接地電壓GND ；第一電流源Ibl的正極、第三PMOS管M21的漏極、第五PMOS管M11的柵極和第一電容C11的正極連接在一起，第一電流源Ibl的負(fù)極接地電壓GND ；第二電流源Ib2的正極、第四PMOS管M2r的漏極、第六PMOS 管Mt的柵極和第二電容C21的正極連接在一起，第二電流源Ib2的負(fù)極接地電壓GND。本發(fā)明提出的另一種負(fù)反饋的二階帶通濾波器如圖3所示，其特征在于，采用 NMOS管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一 NMOS管M31、第二 NMOS管Μ&、第三NMOS管M21、第四匪OS管Μ&、第五匪OS管Mu、第六匪OS管My第一電容Cu、第二電容C21、第三電容C&、第四電容Cy第一電流源Ibl和第二電流源Ib2 ；其中，第一 NMOS管M31的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端 V。p，第一 NMOS管M31的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的正端Vip，第一 NMOS管M31的源極接地電壓GND ；第二 NMOS管的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第二 NMOS管的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的負(fù)端Vin， 第二 NMOS管M3,的源極接地電壓GND ；第三NMOS管M21的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n，第三 NMOS管M21的源極接地電壓GND ；第四NMOS管的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p，第四NMOS 管M2,的源極接地電壓GND ’第五匪OS管M11的漏極接電源電壓VDD，第五匪OS管M11的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n ；第六NMOS管Mt的漏極接電源電壓VDD，第六NMOS管的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端V。p ；第一電容C11的負(fù)極接電源電壓VDD ；第二電容C21的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端V。n，第二電容C21的負(fù)極接電源電壓VDD ；第三電容C2,的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端 V。p，第三電容(^的負(fù)極接電源電壓VDD ；第四電容Q的負(fù)極接電源電壓VDD ；第一電流源 Ibl的正極、第三NMOS管M21的漏極、第五NMOS管M11的柵極和第一電容C11的正極連接在一起，第一電流源Ibl的負(fù)極接電源電壓VDD ；第二電流源Ib2的正極、第四NMOS管^的漏極、 第六NMOS管Mt的柵極和第二電容C21的正極連接在一起，第二電流源Ib2的負(fù)極接電源電壓 VDD。為了更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的雙二階單元可以實(shí)現(xiàn)帶通濾波器，進(jìn)行如下定量分析。如圖2所示，假如忽略輸出跨導(dǎo)及晶體管的寄生電容，并且設(shè)PMOS管M31和 M3r的跨導(dǎo)為^l3，設(shè)PMOS管M21和M2r的跨導(dǎo)為^l2，設(shè)PMOS管M11和的跨導(dǎo)為gml，電容 C11和Q的電容值為C1,電容C21和的電容值為C2,由此可以得到濾波器的S域傳輸函數(shù)(即變量為s的函數(shù)H(S))
權(quán)利要求
1.一種負(fù)反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用PMOS管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一 PMOS 管(M31)、第二 PMOS 管(Μ&)、第三 PMOS 管(M21)、第四 PMOS 管(Μ&)、第五 PMOS 管(M11)、第六PMOS管(Mlr)、第一電容(C11)、第二電容(C21)、第三電容(C2r)、第四電容(Clr)、 第一電流源(Ibl)和第二電流源(Ib2)；其中，第一 PMOS管(M31)的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端 (V。p)，第一 PMOS管(M31)的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的正端(Vip)，第一 PMOS管(M31)的源極接電源電壓(VDD)；第二 PMOS管(MJ的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)，第二 PMOS管(M&)的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(Vin)，第二 PMOS管(M3r)的源極接電源電壓(VDD)；第三PMOS管(M21)的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(VJ，第三PMOS管(M21)的源極接電源電壓(VDD)；第四PMOS管(M2,) 的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)，第四PMOS管(M&)的源極接電源電壓(VDD)；第五PMOS管 (M11)的漏極接地電壓(GND)，第五PMOS管(M11)的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(Vj ；第六PMOS 管(MJ的漏極接地電壓(GND)，第六PMOS管(MJ的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)；第一電容(C11)的負(fù)極接地電壓(GND)；第二電容(C21)的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(VJ，第二電容 (C21)的負(fù)極接地電壓(GND)；第三電容(C2r)的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)，第三電容(C2r) 的負(fù)極接地電壓(GND)；第四電容(Clr)的負(fù)極接地電壓(GND)；第一電流源(Ibl)的正極、 第三PMOS管(M21)的漏極、第五PMOS管(M11)的柵極和第一電容(C11)的正極連接在一起， 第一電流源(Ibl)的負(fù)極接地電壓(GND)；第二電流源(Ib2)的正極、第四PMOS管(M&)的漏極、第六PMOS管(MJ的柵極和第二電容(C21)的正極連接在一起，第二電流源(Ib2)的負(fù)極接地電壓(GND)。
2.一種負(fù)反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用NMOS管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一 NMOS 管(M31)、第二 NMOS 管(Μ&)、第三 NMOS 管(M21)、第四 NMOS 管(Μ&)、第五 NMOS 管(M11)、第六NMOS管(Mlr)、第一電容(C11)、第二電容(C21)、第三電容(C2r)、第四電容(Clr)、 第一電流源(Ibl)和第二電流源(Ib2)；其中，第一 NMOS管(M31)的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端 (V。p)，第一 NMOS管(M31)的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的正端(Vip)，第一 NMOS管(M31)的源極接地電壓(GND)；第二 NMOS管(M3r)的漏極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)，第二 NMOS管(M3r)的柵極接輸入節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(Vin)，第二 NMOS管(M&)的源極接地電壓(GND)；第三NMOS管(M21)的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(VJ，第三NMOS管(M21)的源極接地電壓(GND)；第四NMOS管(M2r)的柵極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)，第四NMOS管(M2r)的源極接地電壓(GND)；第五NMOS管(M11) 的漏極接電源電壓(VDD)，第五NMOS管(M11)的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(V。n)；第六NMOS管 (Mlr)的漏極接電源電壓(VDD)，第六NMOS管(MJ的源極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)；第一電容(C11)的負(fù)極接電源電壓(VDD)；第二電容(C21)的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)端(V。n)，第二電容(C21)的負(fù)極接電源電壓(VDD)；第三電容(C2,)的正極接輸出節(jié)點(diǎn)的正端(V。p)，第三電容 (C2r)的負(fù)極接電源電壓(VDD)；第四電容(Clr)的負(fù)極接電源電壓(VDD)；第一電流源(Ibl) 的正極、第三NMOS管(M21)的漏極、第五NMOS管(M11)的柵極和第一電容(C11)的正極連接在一起，第一電流源(Ibl)的負(fù)極接電源電壓(VDD)；第二電流源(Ib2)的正極、第四NMOS管 (M2r)的漏極、第六NMOS管(MJ的柵極和第二電容(C21)的正極連接在一起，第二電流源 (Ib2)的負(fù)極接電源電壓(VDD)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于負(fù)反饋的二階帶通濾波器，屬于模擬濾波器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。采用PMOS管或NMOS管實(shí)現(xiàn)，該二階帶通濾波器包括第一NMOS管M3l、第二NMOS管M3r、第三NMOS管M2l、第四NMOS管M2r、第五NMOS管M1l、第六NMOS管M1r、第一電容C1l、第二電容C2l、第三電容C2r、第四電容C1r、第一電流源Ib1和第二電流源Ib2；本發(fā)明基于負(fù)反饋技術(shù)，不需要共模反饋電路，有效地降低功耗；僅僅使用了八個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙二階單元，要實(shí)現(xiàn)四階帶通濾波器僅需要十六個(gè)晶體管，結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，有效地降低了帶通濾波器電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度；還可以通過(guò)控制第一PMOS管和第二PMOS管與第五PMOS管和第六PMOS管的跨導(dǎo)比例來(lái)調(diào)整通帶增益。
文檔編號(hào)H03H7/12GK102158193SQ20111010116
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者張莉, 楊佳樂(lè), 王燕, 錢(qián)鶴, 陳勇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)