一種用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路，該頻率校準(zhǔn)電路包含跨導(dǎo)放大器主從結(jié)構(gòu)控制電路和RC振蕩電路以及數(shù)字邏輯電路；主從結(jié)構(gòu)控制電路中的主跨導(dǎo)放大器與Gm-C濾波器中的從跨導(dǎo)放大器相匹配，由相同的偏置電壓控制，使其跨導(dǎo)值Gm與主從控制電路中的電阻R精確成反比關(guān)系，跨導(dǎo)放大器工藝誤差對(duì)頻率的影響轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮韫に囌`差對(duì)頻率的影響。相比于傳統(tǒng)的Gm-C濾波器的頻率校準(zhǔn)電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性好的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]校準(zhǔn)電路是集成濾波器電路中必不可少的模塊。隨著半導(dǎo)體集成電路的發(fā)展，模擬數(shù)字單芯片越來(lái)越成為主流，低中頻濾波器作為無(wú)線射頻收發(fā)機(jī)、傳感器接口的關(guān)鍵電路也常常被選擇集成在芯片上，以減小系統(tǒng)尺寸、降低成本并提高系統(tǒng)性能。但由于制造容差、工藝變化等工藝因素以及器件老化等影響，濾波器的頻率特性會(huì)發(fā)生較大變化。如電阻電容20%的工藝偏差將會(huì)造成濾波器頻率30%?50%的誤差。解決辦法就是在集成濾波器中加入頻率校準(zhǔn)電路，自適應(yīng)調(diào)整器件的參數(shù)，使濾波器的頻率特性實(shí)現(xiàn)需要的功能。
[0003]不同類型的集成濾波器的頻率校準(zhǔn)電路不同。有源RC濾波器的頻率特性由RC時(shí)間常數(shù)決定，電阻電容采用陣列的形式，通過(guò)數(shù)字邏輯改變陣列的碼率即可改變?yōu)V波器的頻率特性，頻率檢測(cè)電路可采用積分器或者振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)?；诜e分器的檢測(cè)電路由于處理的模擬信號(hào)需要放大器、比較器等電路功耗大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而基于振蕩器的檢測(cè)電路只需反相器即可實(shí)現(xiàn)，功耗低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此在低功耗應(yīng)用場(chǎng)合多采用基于振蕩器的頻率校準(zhǔn)電路。不同于有源RC濾波器，Gm-C濾波器具有超低功耗的特點(diǎn)，因此在主流的低功耗設(shè)計(jì)電路中多采用Gm-C濾波器。但是Gm-C濾波器的頻率特性由時(shí)間常數(shù)C/Gm決定，其中Gm是運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值，由尾電流源決定，一般通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電壓來(lái)改變，只能使用連續(xù)的模擬信號(hào)調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的基于鎖相環(huán)的Gm-C濾波器頻率校準(zhǔn)電路如圖2所示主要包含壓控振蕩器、鑒相器、低通濾波三個(gè)模塊。振蕩器、鑒相器與低通濾波器構(gòu)成控制環(huán)路，環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器VCO的振蕩頻率和鑒相器的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘頻率相同，壓控振蕩器VCO與Gm-C濾波器中跨導(dǎo)放大器和電容相匹配，因此可以通過(guò)確定鑒相器的輸入?yún)⒖碱l率來(lái)確定Gm-C濾波器中頻率特性。但是這種校準(zhǔn)電路幾個(gè)模塊均需要消耗很大的功耗，同時(shí)壓控振蕩器還存在限幅和穩(wěn)定性問(wèn)題。
[0004]跨導(dǎo)放大器的主從控制思想最早是出現(xiàn)在可變?cè)鲆娣糯笃髦?，可變?cè)鲆娣糯笃饕獙?shí)現(xiàn)高精度的增益調(diào)節(jié)，對(duì)跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值的精度要求較高，跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值通常和多個(gè)器件參數(shù)有關(guān)，同時(shí)也是簡(jiǎn)單的線性相關(guān)，因此直接調(diào)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)高精度。采用主從結(jié)構(gòu)，通過(guò)主跨導(dǎo)放大器將跨導(dǎo)值轉(zhuǎn)變?yōu)榕c某一參數(shù)成線性相關(guān)的變量，比如電壓值或者時(shí)鐘頻率，通過(guò)系統(tǒng)提供的基準(zhǔn)電壓或者參考時(shí)鐘即可將主跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值固定為一個(gè)精確值，可變?cè)鲆娣糯笃髦械膹目鐚?dǎo)放大器受主跨導(dǎo)放大器控制，從而實(shí)現(xiàn)高精度的增益值。
[0005]因此，需要一種新的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路以解決上述問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中可變?cè)鲆娣糯笃鞯娜毕?，提供一種提升增益變化范圍的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路。[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路，包括跨導(dǎo)放大器主從控制電路，
[0009]所述跨導(dǎo)放大器主從控制電路包括第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl )、第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)、第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)、第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)、第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)、第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)、第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)、第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)、第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)、第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)、第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM11)、第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)、第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪I)、第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM2)、第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM3)、第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)、第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)、第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)以及電阻(RO)和主跨導(dǎo)放大器(Gm)，
[0010]所述第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl)的源極、所述第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)的源極、所述第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)的源極、所述第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的源極、所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的源極和所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的源極連接并接電源；
[0011]所述第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl)的柵極、所述第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)的柵極、所述第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)的柵極、所述第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的柵極、所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的柵極和所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的柵極連接；
[0012]所述第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl)的漏極、所述第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)的源極和所述第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)的源極連接；
[0013]所述第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)的漏極和所述第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)的源極連接；
[0014]所述第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3 )的漏極連接所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的同相輸入端與反相輸出端；
[0015]所述第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的漏極連接所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的源極；
[0016]所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的漏極連接所述第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlI)的源極；
[0017]所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的漏極、所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的柵極和所述第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)的源極連接；
[0018]所述第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)的漏極、所述第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪I)的漏極、所述第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NMl)的柵極和所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的柵極連接；
[0019]所述第七P型金屬氧化物場(chǎng) 效應(yīng)管(PM7)的柵極連接所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的同相輸入端和反相輸出端；
[0020]所述第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)的漏極連接所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的漏極；[0021]所述第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)的柵極、所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的漏極和電阻(RO)的一端的連接；
[0022]所述第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)的柵極、所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的柵極、所述第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMll)的柵極和所述第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)的柵極連接；
[0023]所述第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)的漏極、所述第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪3)的漏極、所述第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪3)的柵極、所述第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)的柵極連接；
[0024]所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的漏極通過(guò)所述電阻(RO)連接所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的漏極和第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的漏極；
[0025]所述第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlI)的漏極、所述第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)的柵極、所述第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)的漏極和所述第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)的柵極連接；
[0026]所述第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)的漏極連接所述參考電流源(Iref)的輸入端；
[0027]所述第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)的漏極、所述第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)的漏極、所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的反相輸入端和所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的同相輸出端連接；
[0028]所述第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪I)的源極、所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的源極、所述第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪3)的源極、所述第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)的源極、所述第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)的源極、所述第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)的源極和所述參考電流源(Iref)的輸出端均接地；
[0029]所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的漏極連接所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的電壓控制端口和Gm-C濾波器中從跨導(dǎo)放大器的電壓控制端口。
[0030]更進(jìn)一步的，還包括RC振蕩電路，所述RC振蕩電路包括第一倒相放大器(InvO)、第二倒相放大器(Invl)、第三倒相放大器(Inv2)、可變電容(CO)、第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)，所述第一倒相放大器(InvO)、第二倒相放大器(Invl)和第三倒相放大器(Inv2)依次首尾相接，所述第一倒相放大器(InvO)和第三倒相放大器(Inv2)之間設(shè)置有所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)，所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)串聯(lián)連接；所述可變電容(CO)的一端連接所述第二倒相放大器(Invl)和第三倒相放大器(Inv2)的連接點(diǎn)，所述可變電容(CO)的另一端連接所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)的連接點(diǎn)。采用低功耗的RC頻率檢測(cè)電路，通過(guò)調(diào)整電容值來(lái)校準(zhǔn)濾波器的時(shí)間常數(shù)。RC振蕩電路相比壓控振蕩器VCO不存在輸入限幅和穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)功耗低，這種校準(zhǔn)電路非常適合應(yīng)用于低功耗、低成本的Gm-C濾波器中?？捎行Ч?jié)約功耗，節(jié)約電路結(jié)構(gòu)。
[0031]更進(jìn)一步的，還包括數(shù)字邏輯電路，所述RC振蕩電路連接所述數(shù)字邏輯電路，所述跨導(dǎo)放大器主從控制電路和數(shù)字邏輯電路分別連接所述Gm-C濾波器中從跨導(dǎo)放大器的電壓控制端口和電容控制端口，
[0032]所述數(shù)字邏輯電路用于檢測(cè)所述RC振蕩電路的頻率并調(diào)整可調(diào)電容值，使振蕩頻率穩(wěn)定在固定范圍內(nèi)， 矯正時(shí)間常數(shù)RC，最后將校準(zhǔn)后的電容值送給所述Gm-C濾波器。[0033]有益效果:本發(fā)明的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提供了一種用于Gm-C濾波器的頻率校準(zhǔn)電路。Gm-C濾波器的頻率誤差主要受跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值和電容的工藝誤差和溫度影響，影響跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值Gm的因素很多，因此需要一種準(zhǔn)確控制跨導(dǎo)值的電路。該校準(zhǔn)電路使用了跨導(dǎo)放大器的主從控制結(jié)構(gòu)，將跨導(dǎo)放大器的誤差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧墓に嚻睿€(wěn)定性更高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為本發(fā)明的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路頻率校準(zhǔn)電路模塊框圖；
[0035]圖2為傳統(tǒng)基于鎖相環(huán)的Gm-C濾波器頻率校準(zhǔn)電路模塊框圖；
[0036]圖3為本發(fā)明中關(guān)鍵模塊跨導(dǎo)放大器主從控制電路原理圖；
[0037]圖4為采用本發(fā)明的頻率校準(zhǔn)電路后Gm-C低通濾波器在不同工藝角下校準(zhǔn)前后的幅頻特性曲線對(duì)比=MO為理想曲線，Ml、M2分別為FF、SS工藝角下校準(zhǔn)前的曲線，M3、M4為FF、SS工藝角下校準(zhǔn)后的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0039]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路，包括跨導(dǎo)放大器主從控制電路，
[0040]跨導(dǎo)放大器主從控制電路包括第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMl、第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM2、第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM3、第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM4、第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM5、第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM6、第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM7、第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM8、第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM9、第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMlO、第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMl 1、第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM12、第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪1、第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪2、第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪3、第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM4、第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪5、第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM6以及電阻RO和主跨導(dǎo)放大器Gm。
[0041]其中，第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMl的源極、第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM2的源極、第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM3的源極、第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM4的源極、第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM5的源極和第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM6的源極連接并接電源。第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMl的柵極、第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM2的柵極、第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM3的柵極、第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM4的柵極、第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM5的柵極和第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM6的柵極連接。第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMl的漏極、第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM7的源極和第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM8的源極連接。第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM2的漏極和第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM9的源極連接。第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM3的漏極連接主跨導(dǎo)放大器Gm的同相輸入端與反相輸出端。第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM4的漏極連接第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMlO的源極。第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM5的漏極連接第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMll的源極。第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM6的漏極、第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM6的柵極和第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM12的源極連接。第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM7的漏極、第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪I的漏極、第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪I的柵極和第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪2的柵極連接。第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM7的柵極連接跨導(dǎo)放大器Gm的同相輸入端和反相輸出端。第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM8的漏極連接第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪2的漏極。第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM8的柵極、第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMlO的漏極和電阻RO的一端的連接。第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM9的柵極、第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMlO的柵極、第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMll的柵極和第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM12的柵極連接。第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM9的漏極、第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM3的漏極、第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪3的柵極、第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM4的柵極連接。第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMlO的漏極通過(guò)電阻RO連接第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM5的漏極和第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM4的漏極。第H^一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PMll的漏極、第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM6的柵極、第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM6的漏極和第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪5的柵極連接。第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管PM12的漏極連接參考電流源Iref的輸入端。第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM4的漏極、第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪5的漏極、主跨導(dǎo)放大器Gm的反相輸入端和主跨導(dǎo)放大器Gm的同相輸出端連接。[0042]第一N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NMl的源極、第二N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪2的源極、第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪3的源極、第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM4的源極、第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪5的源極、第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管NM6的源極和參考電流源Iref的輸出端均接地。第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管匪2的漏極連接主跨導(dǎo)放大器Gm的電壓控制端口和Gm-C濾波器中從跨導(dǎo)放大器的電壓控制端口。
[0043]還包括RC振蕩電路，RC振蕩電路包括第一倒相放大器InvO、第二倒相放大器Invl、第三倒相放大器Inv2、可變電容CO、第一電阻Rl和第二電阻R2，第一倒相放大器InvO、第二倒相放大器Invl和第三倒相放大器Inv2依次首尾相接,第一倒相放大器InvO和第三倒相放大器Inv2之間設(shè)置有第一電阻Rl和第二電阻R2，第一電阻Rl和第二電阻R2串聯(lián)連接。可變電容CO的一端連接第二倒相放大器Invl和第三倒相放大器Inv2的連接點(diǎn)，可變電容CO的另一端連接第一電阻Rl和第二電阻R2的連接點(diǎn)。采用低功耗的RC頻率檢測(cè)電路，通過(guò)調(diào)整電容值來(lái)校準(zhǔn)濾波器的時(shí)間常數(shù)。RC振蕩電路相比壓控振蕩器VCO不存在輸入限幅和穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)功耗低，這種校準(zhǔn)電路非常適合應(yīng)用于低功耗、低成本的Gm-C濾波器中?？捎行Ч?jié)約功耗，節(jié)約電路結(jié)構(gòu)。
[0044]還包括數(shù)字邏輯電路，RC振蕩電路連接數(shù)字邏輯電路，跨導(dǎo)放大器主從控制電路和數(shù)字邏輯電路分別連接Gm-C濾波器中從跨導(dǎo)放大器的電壓控制端口和電容控制端口，數(shù)字邏輯電路用于檢測(cè)RC振蕩電路的頻率并調(diào)整可調(diào)電容值，使振蕩頻率穩(wěn)定在固定范圍內(nèi)，矯正時(shí)間常數(shù)RC，最后將校準(zhǔn)后的電容值送給Gm-C濾波器。數(shù)字邏輯電路為現(xiàn)有技術(shù)中常見的功能模塊，本發(fā)明未對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
[0045]發(fā)明原理:
[0046]本發(fā)明的校準(zhǔn)電路核心是跨導(dǎo)放大器主從控制電路如圖3所示，包括主跨導(dǎo)放大器、電流源ib、ig、電阻RO和誤差放大器:為保證輸入輸出共模電平相等，主跨導(dǎo)放大器接成負(fù)反饋形式；電流源ib流過(guò)電阻R0，產(chǎn)生固定電壓差V' p_Vn= ibR，跨導(dǎo)放大器的反相輸入接電阻一端電壓固定為Vn，同相輸入端與電阻的另一端分別接誤差放大器的輸入，從而使跨導(dǎo)放大器的輸入電壓等于電阻兩端的電壓差ibR。電流源ig從跨導(dǎo)放大器的輸出灌
入/抽取電流ig。由于跨導(dǎo)放大器的輸入電壓與輸出電流固定，其跨導(dǎo)值為Gm=i，電流
源由基準(zhǔn)鏡像得到，其誤差很小，跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值與電阻R成反比，其精度也由電阻決定。
[0047]主從結(jié)構(gòu)控制Gm-C濾波器中的跨導(dǎo)放大器，使其跨導(dǎo)值Gm與主從控制電路中的電阻R精確成反比關(guān)系(Gm = k/R, Ic1為常數(shù))，從而使得決定Gm-C濾波器頻率特性(包括帶寬、中心頻率等)f的時(shí)間常數(shù)由C/Gm轉(zhuǎn)變?yōu)镽C，用表達(dá)式表示為f - Qjc = k/RC。RC振蕩電路振蕩頻率fo與時(shí)間常數(shù)RC成反比(& = k2/RC)，其中電阻R和電容C分別與主從控制電路中的電阻和Gm-C濾波器中的電容相匹配，因此Gm-C濾波器的頻率特性正比于RC振蕩器的振蕩頻率即f f。= k2/RC。數(shù)字邏輯電路檢測(cè)振蕩電路的頻率并調(diào)整可調(diào)電容值，使振蕩頻率穩(wěn)定在固定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間常數(shù)RC的矯正，最后將校準(zhǔn)后的電容值送給Gm-C濾波器，最終實(shí)現(xiàn)了 Gm-C濾波器的頻率校準(zhǔn)。
[0048]相比于傳統(tǒng)的基于鎖相環(huán)的Gm-C濾波器頻率校準(zhǔn)電路如圖2，該校準(zhǔn)電路除主從控制電路消耗一定的靜態(tài)電流外，其余模塊均為數(shù)字電路并只在校準(zhǔn)結(jié)束后可關(guān)閉，具有功耗低的特點(diǎn)，RC振蕩電路相比壓控振蕩器VCO不存在輸入限幅和穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)功耗低，這種校準(zhǔn)電路非常適合應(yīng)用于低功耗、低成本的Gm-C濾波器中。
[0049]如圖4所示，采用本發(fā)明的頻率校準(zhǔn)電路后Gm-C低通濾波器在不同工藝角下校準(zhǔn)前后的幅頻特性曲線。其中MO為理想的幅頻特性曲線，帶寬為244KHz ;M1、M2分別為校準(zhǔn)前FF和SS工藝角下的幅頻特性，帶寬分別為335KHz、174KHz，頻率誤差近30% ;M3、M4分別為FF和SS工藝角下校準(zhǔn)后的幅頻特性，帶寬分別為250KHz、237KHz，頻率誤差縮減到了 5%以內(nèi)，可見本發(fā)明的校準(zhǔn)電路實(shí)現(xiàn)了頻率校準(zhǔn)功能。
[0050]本發(fā)明基于這種跨導(dǎo)放大器主從控制思想，融合有源RC濾波器的頻率校準(zhǔn)電路，提出了一種新的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路頻率校準(zhǔn)電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、穩(wěn)定性好，真正符合了 Gm-C濾波器的低功耗低成本的特點(diǎn)。
[0051]相比于傳統(tǒng)的基于鎖相環(huán)的Gm-C濾波器頻率校準(zhǔn)電路，該校準(zhǔn)電路除主從控制電路消耗一定的靜態(tài)電流外，其余模塊均為數(shù)字電路并只在校準(zhǔn)結(jié)束后可關(guān)閉，具有功耗低的特點(diǎn)，RC振蕩電路相比壓控振蕩器VCO不存在輸入限幅和穩(wěn)定性問(wèn)題，同時(shí)功耗低，這種校準(zhǔn)電路非常適合應(yīng)用于低功耗、低成本的Gm-C濾波器中。
[0052]其中，該校準(zhǔn)電路包含跨導(dǎo)放大器主從控制電路、RC振蕩電路和數(shù)字邏輯電路，跨導(dǎo)放大器主從控制電路中的主跨導(dǎo)放大器與Gm-C濾波器中的從跨導(dǎo)放大器相匹配，由相同的偏置電壓控制；主從控制電路將跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值Gm轉(zhuǎn)變?yōu)榕c控制電路中的電阻R成反比關(guān)系，RC振蕩電路中的電阻R與主從結(jié)構(gòu)跨導(dǎo)放大器中的電阻R相匹配，可調(diào)電容C與Gm-C濾波器中的可調(diào)電容C相匹配；數(shù)字邏輯電路檢測(cè)RC振蕩器的振蕩頻率并調(diào)整可調(diào)電容C使振蕩頻率穩(wěn)定在固定范圍內(nèi)，并將可調(diào)電容的穩(wěn)定值送給Gm-C濾波器。該校準(zhǔn)電路中采用主從結(jié)構(gòu)控制Gm-C濾波器中的跨導(dǎo)放大器，使其跨導(dǎo)值Gm與主從控制電路中的電阻R精確成反比關(guān)系，跨導(dǎo)放大器的工藝誤差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮鑂的工藝誤差，從而使得決定Gm-C濾波器頻率特性的時(shí)間常數(shù)由C/Gm轉(zhuǎn)變?yōu)榕c有源RC濾波器相同的RC。RC振蕩電路中的電阻R和電容C分別與主從控制電路中的電阻和Gm-C濾波器中的電容相匹配，從而精確反應(yīng)濾波器的頻率特性。數(shù)字邏輯電路檢測(cè)振蕩電路的輸出頻率并調(diào)整可調(diào)電容值，最后將校準(zhǔn)后的電容值送給Gm-C濾波器，從而實(shí)現(xiàn)了 Gm-C濾波器的頻率校準(zhǔn)。相比于傳統(tǒng)的Gm-C濾波器的頻率校準(zhǔn)電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、魯棒性好的特點(diǎn)。
[0053]本發(fā)明的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路提供了一種用于Gm-C濾波器的頻率校準(zhǔn)電路。Gm-C濾波器的頻率誤差主要受跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值和電容的工藝誤差和溫度影響，影響跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值Gm的因素很多，因此需要一種準(zhǔn)確控制跨導(dǎo)值的電路。該校準(zhǔn)電路使用了跨導(dǎo)放大器的主從控制結(jié)構(gòu)，將跨導(dǎo)放大器的誤差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧墓に嚻?，穩(wěn)定性更高。
【權(quán)利要求】
1.一種用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于，包括跨導(dǎo)放大器主從控制電路， 所述跨導(dǎo)放大器主從控制電路包括第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl )、第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)、第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)、第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)、第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)、第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)、第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)、第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)、第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)、第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)、第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM11 )、第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)、第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪I )、第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM2)、第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM3)、第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)、第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)、第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)以及電阻(RO)和主跨導(dǎo)放大器(Gm)， 所述第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl)的源極、所述第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)的源極、所述第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)的源極、所述第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的源極、所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的源極和所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的源極連接并接電源； 所述第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl)的柵極、所述第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)的柵極、所述第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)的柵極、所述第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的柵極、所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的柵極和所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的柵極連接； 所述第一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMl)的漏極、所述第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)的源極和所述第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)的源極連接； 所述第二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM2)的漏極和所述第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)的源極連接； 所述第三P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM3)的漏極連接所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的同相輸入端與反相輸出端； 所述第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的漏極連接所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的源極； 所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的漏極連接所述第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlI)的源極； 所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的漏極、所述第六P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM6)的柵極和所述第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)的源極連接； 所述第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)的漏極、所述第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NMl)的漏極、所述第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NMl)的柵極和所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的柵極連接； 所述同相輸入端第七P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM7)的柵極連接所述跨導(dǎo)放大器(Gm)的同相輸入端和反相輸出端； 所述第八P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)的漏極連接所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的漏極； 所述第八P型金屬氧化物 場(chǎng)效應(yīng)管(PM8)的柵極、所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的漏極和電阻(RO)的一端的連接； 所述第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)的柵極、所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的柵極、所述第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMll)的柵極和所述第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)的柵極連接； 所述第九P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM9)的漏極、所述第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪3)的漏極、所述第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪3)的柵極、所述第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)的柵極連接； 所述第十P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlO)的漏極通過(guò)所述電阻(RO)連接所述第五P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM5)的漏極和第四P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM4)的漏極； 所述第十一 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PMlI)的漏極、所述第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)的柵極、所述第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)的漏極和所述第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)的柵極連接； 所述第十二 P型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(PM12)的漏極連接所述參考電流源(Iref)的輸入端; 所述第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)的漏極、所述第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)的漏極、所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的反相輸入端和所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的同相輸出端連接； 所述第一 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪I)的源極、所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的源極、所述第三N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪3)的源極、所述第四N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM4)的源極、所述第五N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪5)的源極、所述第六N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(NM6)的源極和所述參考電流源(Iref)的輸出端均接地； 所述第二 N型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(匪2)的漏極連接所述主跨導(dǎo)放大器(Gm)的電壓控制端口和Gm-C濾波器中從跨導(dǎo)放大器的電壓控制端口。
2.如權(quán)利要求1所述的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于，還包括RC振蕩電路，所述RC振蕩電路包括第一倒相放大器(InvO)、第二倒相放大器(Invl)、第三倒相放大器(Inv2)、可變電容(CO)、第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)，所述第一倒相放大器(InvO)、第二倒相放大器(Invl)和第三倒相放大器(Inv2)依次首尾相接，所述第一倒相放大器(InvO)和第三倒相放大器(Inv2)之間設(shè)置有所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)，所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)串聯(lián)連接；所述可變電容(CO)的一端連接所述第二倒相放大器(Invl)和第三倒相放大器(Inv2)的連接點(diǎn)，所述可變電容(CO)的另一端連接所述第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)的連接點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于Gm-C濾波器的主從結(jié)構(gòu)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于，還包括RC振蕩電路和數(shù)字邏輯電路，所述RC振蕩電路連接所述數(shù)字邏輯電路，所述跨導(dǎo)放大器主從控制電路和數(shù)字邏輯電路分別連接所述Gm-C濾波器中從跨導(dǎo)放大器的電壓控制端口和電容控制端口， 所述數(shù)字邏輯電路用于檢測(cè)所述RC振蕩電路的頻率并調(diào)整可調(diào)電容值，使振蕩頻率穩(wěn)定在固定范圍內(nèi)，矯正時(shí)間常數(shù)RC,最后將校準(zhǔn)后的電容值送給所述Gm-C濾波器。
【文檔編號(hào)】H03L7/00GK103905037SQ201410085525
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】吳建輝, 周明杰, 陳超, 黃成 , 李紅 申請(qǐng)人:東南大學(xué)