專利名稱：帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發明涉及濾波器技術領域，尤其涉及一種帶通濾波器。
背景技術：
近年來隨著半導體工藝與電路設計技術的發展，集成電路在生物醫學領域的應 用日益廣泛，例如可植入人工耳蝸和各種可植入的生物信號(心電圖，腦電圖等)檢測系 統。跟上述應用有關的各種芯片由于其超低功耗的要求，對其中各模塊電路的設計提出了 挑戰。模擬帶通濾波器作為這些芯片中的主要模塊電路之一，起到通過指定頻率抑制其余 頻率的作用。目前文獻中有報道的應用于生物醫學的低功耗帶通濾波器主要有SC(開關電 容)濾波器和Gm-C (跨導電容)濾波器。SC濾波器中不可缺少的基本組成單元為運算放大 器，通常為了滿足其一定的增益帶寬要求而功耗較高；Gm-C濾波器中的Gm跨導放大器單元 也因為線性度噪聲等指標的要求而功耗較高。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種帶通濾波器，該濾波器的功耗相對現有技術而言明 顯降低。 第一方面，本發明公開了一種帶通濾波器，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS 管、第四MOS管、第一電容器、第二電容器、第三電容器、第四電容器、第一電流源和第二電 流源；其中，所述第三MOS管、第四MOS管以柵極與漏極相互交叉耦合的組成源跟隨器的方 式連接，所述第一 MOS管、第二 MOS管以二極管連接方式連接。 上述的帶通濾波器，優選所述第一 MOS管、所述第二 MOS管、所述第三MOS管、所述 第四MOS管均為PMOS管；其中，所述第一電流源和所述第三電容器均與所述第三MOS管的 源極相連接、所述第二電流源和所述第四電容器均與所述第四MOS管的源極相連接；并且， 所述第三電容器、所述第四電容器分別接地；所述第一電流源、所述第二電流源均與電源電 壓相連接；所述第三MOS管的柵極與所述第四MOS管的漏極相連接，所述第四MOS管的柵極 與所述第三MOS管的漏極相連接；所述第一電容器和所述第三MOS管的漏極均與所述第一 MOS管的源極相連接；所述第二電容器和所述第四MOS管的漏極均與所述第二 MOS管的源 極相連接；以及所述第一MOS管的漏極和柵極、所述第二MOS管的漏極和柵極分別接地。
上述的帶通濾波器，優選所述第一 MOS管、所述第二 MOS管、所述第三MOS管、所述 第四MOS管均為NMOS管；其中，所述第一電流源和所述第三電容器均與所述第三MOS管的 源極相連接、所述第二電流源和第四電容器均與所述第四MOS管的源極相連接；并且，所述 第三電容器、所述第四電容器分別接地；所述第一電流源、所述第二電流源均與地相連接； 所述第三MOS管的柵極與所述第四MOS管的漏極相連接，所述第四MOS管的柵極與所述第 三MOS管的漏極相連接；所述第一電容器和第三MOS管的漏極均與所述第一MOS管的源極 相連接；所述第二電容器和所述第四MOS管的漏極均與所述第二MOS管的源極相連接；以 及所述第一 MOS管的漏極和柵極、所述第二 MOS管的漏極和柵極分別接電源電壓。
上述的帶通濾波器，優選所述第一電容器和所述第二電容器電容值相等；所述第
三電容器和所述第四電容器電容值相等；所述第一 M0S管和所述第二 MOS管的尺寸相同，所 述第三MOS管和第四MOS管的尺寸相同；所述第一 電流源和所述第二電流源的電流值相等。
第二方面，本發明還公開了另外一種帶通濾波器，所述濾波器由上述多個帶通濾 波器級聯組成。 第三方面，本發明還公開了一種帶通濾波器，該帶通濾波器以雙極型晶體管替代 MOS管。 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果 采用源跟隨器，打破濾波器功耗和線性度相互對立的局面。由于沒有運算放大器 和Gm單元，降低了帶通濾波器的功耗。
圖1為PMOS管構造的源跟隨器的結構示意圖； 圖2為本發明帶通濾波器實施例的結構示意圖； 圖3為NMOS管構造的源跟隨器的結構示意圖； 圖4為本發明帶通濾波器另一實施例的結構示意圖； 圖5為本發明帶通濾波器另一實施例的結構示意圖； 圖6為級聯的帶通濾波器的結構示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。
實施例一 參照圖1，圖1為PMOS管構造的源跟隨器的結構示意圖。柵極接輸入信號Vw漏 極接地，源極接電流源I，電流源另一端接電源電壓VDD。 參照圖2，圖2為本發明帶通濾波器實施例的結構示意圖。該濾波器包括圖1中的 源跟隨器。 其中C21 C24為電容，M21 M24為PMOS晶體管，121禾P 122為兩個電流源。 為保證電路的差分結構，其中C21和C22的電容值相等，C23和C24的電容值相等。M21和 M22的尺寸相同，M23和M24的尺寸相同。121和122的電流值相等。vi+為輸入信號正極， vi_為輸入信號負極，vo+為輸出信號正極，vo-為輸出信號負極。 以圖2的PMOS管M23為例說明，它的信號輸入端即柵極接在M24管的漏端，也即 M22管的源極，也即電容C22的左極板。漏極接在M21管的源端，也即電容C21的右極板，也 即M24管的柵極。源極即信號輸出端接在電流源I21的一段，也即電容C23的上極板。
為方便起見，設M21 M24的跨導值都為gm，然而M21， 22與M23， 24的跨導值并不 一定相同；設C21與C22的電容值為CX，C23與C24的電容值為Cy。假設晶體管的輸出電導 遠小于其跨導值，推導得到傳遞函數如下
4
T^4^T
<formula>formula see original document page 5</formula>g i g加
由如上傳遞函數可以得到濾波器的各項特性參數 g附
K = H("0) = 1，
其中"。是極點特征頻率，Q為品質因子，K是通帶增益。
本實施例中，采用用源跟隨器，打破濾波器功耗和線性度相互對立的局面。由于沒 有運算放大器和Gm單元，降低了帶通濾波器的功耗。在TSMC 0. 18 y m工藝下仿真，此二階'充。
帶通濾波器，在IV電源電壓下，500 1000Hz的通帶頻率，僅消耗約8nA的電#
實施例二 參照圖3，圖3為NMOS管構造的源跟隨器的結構示意圖。NMOS管的柵極接輸入信
號，漏極接電源電壓VDD，源極即信號輸出端，接電流源I，電流源另一端接地。 參照圖4，圖4為本發明帶通濾波器實施例的結構示意圖。該濾波器包括圖3中的
源跟隨器。 其中C41 C44為電容，M41 M44為NMOS管，141和142為兩個電流源。為保證 電路的差分結構，其中C41和C42的電容值相等，C43和C44的電容值相等。M41和M42的 尺寸相同，M43和M44的尺寸相同。141和I42的電流值相等。vi+為輸入信號正極，vi-為 輸入信號負極，vo+為輸出信號正極，vo-為輸出信號負極。連接關系如圖所示。
M41 M44這四個畫OS管，在雙阱工藝中其襯底只能接地，故而存在襯偏效應，使 得用全NMOS晶體管實現的雙二階單元存在增益損失。但是，在三阱工藝中其襯底可以接到 源端，沒有襯偏效應，從而圖4中用全NMOS晶體管實現的雙二階單元沒有增益損失。
本實施例中，采用源跟隨器，打破濾波器功耗和線性度相互對立的局面。由于沒有 運算放大器和Gm單元，降低了帶通濾波器的功耗。 需要說明的是，除了采用MOS管組成的源跟隨器構造帶通濾波器外，還可以采用 其它類型場效應晶體管或者雙極型晶體管組成濾波器，例如PNP型三極管或NPN型三極管， 采用PNP型三極管組成的源跟隨器構造帶通濾波器的原理與方式同PMOS管類似；采用NPN 型三極管組成的源跟隨器構造帶通濾波器的原理與方式同NMOS管類似。
參照圖5，圖5為本發明帶通濾波器另一實施例的結構示意圖，其中，B41 B44均 為NPN雙極型晶體管。C41 C44為電容，141和142為兩個電流源。為保證電路的差分結 構，其中C41和C42的電容值相等，C43和C44的電容值相等。B41和B42的尺寸相同，B43 和B44的尺寸相同。141和I42的電流值相等。vi+為輸入信號正極，vi-為輸入信號負極， vo+為輸出信號正極，vo-為輸出信號負極。連接關系如圖所示。
實施例三 多個此二階帶通濾波器的級聯可以得到高階濾波器。例如兩個此二階帶通濾波器級聯可以構成四階帶通濾波器。由于此二階單元的輸入通過電容耦合，因此前一個二階單
元的輸出可以直接接到后一個二階單元的輸入，而不用擔心直流電平的問題。 參照圖6，圖6為級聯的帶通濾波器的結構示意圖。在圖6中，vi+為輸入信號正
極，vi-為輸入信號負極，vo+為輸出信號正極，vo-為輸出信號負極。連接關系如圖所示。在
TSMC 0. 18iim工藝下仿真，用此二階單元構造的四階帶通濾波器，在lV電源電壓下，500
1000Hz的通帶頻率，僅消耗約16nA的電流。由此可見，級聯的帶通濾波器的功耗非常低。 以上對本發明所提供的一種帶通濾波器進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例
對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方
法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在
具體實施例方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
一種帶通濾波器，其特征在于，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一電容器、第二電容器、第三電容器、第四電容器、第一電流源和第二電流源；其中，所述第三MOS管、第四MOS管以柵極與漏極相互交叉耦合的組成源跟隨器的方式連接，所述第一MOS管、第二MOS管以二極管連接方式連接。
2. 根據權利要求1所述的帶通濾波器，其特征在于，所述第一M0S管、所述第二M0S管、 所述第三MOS管、所述第四MOS管均為PM0S管；其中，所述第一電流源和所述第三電容器均與所述第三MOS管的源極相連接、所述第二電流 源和所述第四電容器均與所述第四MOS管的源極相連接；并且，所述第三電容器、所述第四 電容器分別接地；所述第一電流源、所述第二電流源均與電源電壓相連接；所述第三M0S管的柵極與所述第四M0S管的漏極相連接，所述第四M0S管的柵極與所 述第三MOS管的漏極相連接；所述第一電容器和所述第三MOS管的漏極均與所述第一MOS管的源極相連接；所述第 二電容器和所述第四M0S管的漏極均與所述第二MOS管的源極相連接；以及所述第一 M0S管的漏極和柵極、所述第二 M0S管的漏極和柵極分別接地。
3. 根據權利要求1所述的帶通濾波器，其特征在于，所述第一M0S管、所述第二M0S管、 所述第三MOS管、所述第四MOS管均為NMOS管；其中，所述第一電流源和所述第三電容器均與所述第三MOS管的源極相連接、所述第二電流 源和第四電容器均與所述第四MOS管的源極相連接；并且，所述第三電容器、所述第四電容 器分別接地；所述第一電流源、所述第二電流源均與地相連接；所述第三M0S管的柵極與所述第四M0S管的漏極相連接，所述第四M0S管的柵極與所 述第三MOS管的漏極相連接；所述第一電容器和第三M0S管的漏極均與所述第一 M0S管的源極相連接；所述第二電 容器和所述第四M0S管的漏極均與所述第二 M0S管的源極相連接；以及所述第一 M0S管的漏極和柵極、所述第二 M0S管的漏極和柵極分別接電源電壓。
4. 根據權利要求2或3所述的帶通濾波器，其特征在于，所述第一 電容器和所述第二電容器電容值相等；所述第三電容器和所述第四電容器電 容值相等；所述第一 M0S管和所述第二 M0S管的尺寸相同，所述第三M0S管和第四M0S管的尺寸 相同；所述第一 電流源和所述第二電流源的電流值相等。
5. —種帶通濾波器，其特征在于，所述濾波器由根據權利要求1至4中任一項所述的多 個帶通濾波器級聯組成。
6. 根據權利要求1所述的帶通濾波器，其特征在于，以雙極型晶體管替代M0S管。
全文摘要
本發明公開了一種帶通濾波器。該帶通濾波器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一電容器、第二電容器、第三電容器、第四電容器、第一電流源和第二電流源；其中，所述第三MOS管、第四MOS管以柵極與漏極相互交叉耦合的組成源跟隨器的方式連接，所述第一MOS管、第二MOS管以二極管連接方式連接。本發明中，源跟隨器構造的局部反饋能夠打破濾波器功耗和線性度相互對立的局面，使帶通濾波器的功耗大幅降低。
文檔編號H03H7/12GK101777880SQ201010034430
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月19日 優先權日2010年1月19日
發明者廖懷林, 楊閔昊 申請人:北京大學