[發(fā)明專利]一種跨導(dǎo)電容濾波器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010021394.4
• 申請(qǐng)日: 2020-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN111064448A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李富民;童紅杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波愛芯微電子有限公司
• 主分類號(hào): H03H11/04
• 分類號(hào): H03H11/04;H03L7/093;H03L7/087
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 李艷梅

本發(fā)明公開了一種跨導(dǎo)電容濾波器，涉及集成電路領(lǐng)域，包括恒定Gm偏置電路和主濾波器，恒定Gm偏置電路輸出控制電壓Vct到主濾波器。本發(fā)明通過采用恒定Gm偏置電路替代輔助PLL去偏置濾波器內(nèi)部的跨導(dǎo)放大器(OTA)，減小了面積和功率消耗，增大了信號(hào)通路的信噪比，避免了鎖定時(shí)鐘的互相牽引，提高了Gm?C濾波器的頻率穩(wěn)定精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種跨導(dǎo)電容Gm-C濾波器。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的大規(guī)模集成有源濾波器大致分三類，有源RC濾波器、有源MOSFET-C濾波器和Gm-C濾波器(跨導(dǎo)電容濾波器)。

有源RC濾波器在反饋環(huán)路上存在帶有電阻和電容的運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器必須工作在環(huán)路增益高的低頻區(qū)域，才能保證足夠的精度。所以有源RC濾波器不適合于高頻應(yīng)用。其次，濾波器采用了無源元件，而無源元件的絕對(duì)精度比較低，絕對(duì)誤差可能高達(dá)15％到20％，而且，RC濾波器中沒有可調(diào)元件，唯一的方法是使用電阻或電容陣列，該方法電路消耗面積大，調(diào)諧精度有限。將有源RC濾波器中的電阻用工作在線性區(qū)的MOSFET進(jìn)行代替，就形成了有源MOSFET-C濾波器。采用控制電壓Vc控制MOSFET的柵極電壓，可以調(diào)節(jié)電阻值并因此可以調(diào)節(jié)濾波器的頻率。與有源RC濾波器一樣，有源MOSFET-C濾波器也只適用于較低的頻率，這就要求MOSFET的等效電阻大同時(shí)處于線性區(qū)，導(dǎo)致Vc的變化范圍很小。

相對(duì)于有源RC濾波器和有源MOSFET-C濾波器，Gm-C濾波器能夠達(dá)到極高的頻率，調(diào)整Gm可以使濾波器在較寬的頻率范圍內(nèi)調(diào)諧且達(dá)到頻率特性精確穩(wěn)定。傳統(tǒng)的調(diào)諧型Gm-C濾波器由一個(gè)輔助的PLL來進(jìn)行調(diào)諧，達(dá)到穩(wěn)定頻率特性的目的。基本的思路是，采用與濾波器相同或成比例的Gm(由跨導(dǎo)放大器OTA產(chǎn)生)和相同材料的電容C來構(gòu)造輔助PLL中的壓控振蕩器VCO，在PLL環(huán)路鎖定以后，VCO的輸出頻率Fvco的精度由外部晶振的頻率精度確定。同時(shí)，F(xiàn)vco＝Gm/2πC，將VCO中OTA的偏置電流鏡像給濾波器中的OTA，理論上，濾波器的頻率特性就和輔助PLL的輸出頻率特性基本一致，誤差來源只和Gm以及電容C的失配相關(guān)。

但是，現(xiàn)有的Gm-C濾波器存在以下三點(diǎn)不足：

1、輔助PLL電路會(huì)帶來較大的面積和功率消耗，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

2、輔助PLL輸出鎖定頻率和濾波器的頻率在同一個(gè)范圍，VCO的輸出擺幅通常較大，該信號(hào)注入到信號(hào)通路中，降低了信號(hào)通路的信噪比。

3、在存在濾波器的系統(tǒng)中，通常都存在系統(tǒng)主PLL，如果引入輔助PLL，在兩個(gè)PLL的系統(tǒng)中，存在兩個(gè)鎖定時(shí)鐘的互相牽引，降低了彼此輸出時(shí)鐘的純度。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種跨導(dǎo)電容濾波器，減小面積和功率消耗，增大信號(hào)通路的信噪比，避免鎖定時(shí)鐘的互相牽引，達(dá)到提高Gm-C濾波器的頻率穩(wěn)定精度的目的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何減小面積和功率消耗，增大信號(hào)通路的信噪比，避免鎖定時(shí)鐘的互相牽引，達(dá)到提高Gm-C濾波器的頻率穩(wěn)定精度的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，采用改進(jìn)型恒定Gm偏置電路取代輔助PLL，合理的做好電容的匹配，可以得到較高的濾波器的頻率穩(wěn)定特性。因而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種跨導(dǎo)電容濾波器，包括恒定Gm偏置電路和主濾波器，所述恒定Gm偏置電路輸出控制電壓Vct到所述主濾波器。

可選地，在上述實(shí)施例中的跨導(dǎo)電容濾波器中，所述恒定Gm偏置電路包括PMOS管電流鏡、電流鏡旁路電容、NMOS管電流鏡和開關(guān)電容，所述PMOS管電流鏡和所述NMOS管電流鏡連接，所述電流鏡旁路電容連接所述PMOS管電流鏡，濾除所述PMOS管電流鏡的電流噪聲，所述開關(guān)電容連接所述NMOS管電流鏡。