專利名稱：一種基于負反饋的二階帶通濾波器的制作方法
技術領域：
本發明屬于模擬濾波器技術領域，特別是一種基于負反饋的二階帶通濾波器。
背景技術：
通常，二階帶通濾波器(帶通雙二階單元)傳輸函數如下
AH O) =--
ο UJn->
S2+
Qo(1)公式(1)中可知二階帶通濾波器要有復數極點，因此要求一個晶體管級雙二階單元中要有可以綜合復數極點的電路結構。在實際應用中，對高階濾波器的需求更多。通常二階帶通濾波器主要應用在采用級聯法設計高階低通濾波器中。有關有源濾波器的級聯法和電感替代法設計高階濾波器相關知識可參考 Deliyannis, T. , Sun, Y. , and Fidler, J. , K. 'Continuous-Time Active Filter Design' Boca Raton, FL :CRC，1999。在傳統超外差接收機在第一次變頻之后要通過一級帶通濾波器實現選頻，通常采用片外聲表面波濾波器(SAW filter)，硬件代價很大。目前集成電路朝著片上全集成 (System on Chip)方向發展，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《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，共由七個跨導單元組成，而每一個跨導單元如圖1所示，包括 16個晶體管組成的主電路、4個晶體管組成的抵消主電路輸出節點阻抗的對稱負阻抗電路和8個晶體管組成的共模反饋電路。存在的主要問題是(1)需要共模反饋電路；(2)晶體管數量之多，電路復雜。
發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基于負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。為實現上述目的，本發明提供了一種負反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用 PMOS管實現，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的漏極接輸出節點的負端V。p，第一 PMOS管M31的柵極接輸入節點的正端Vip，第一 PMOS管M31的源極接電源電壓 VDD ；第二 PMOS管M3,的漏極接輸出節點的正端V。p，第二 PMOS管M3,的柵極接輸入節點的負端Vin，第二 PMOS管M3,的源極接電源電壓VDD ；第三PMOS管M21的柵極接輸出節點的負端Von,第三PMOS管M21的源極接電源電壓VDD ；第四PMOS管M2,的柵極接輸出節點的正端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的源極接輸出節點的負端V。n ；第六PMOS管Mt的漏極接地電壓GND，第六PMOS管的源極接輸出節點的正端V。p ；第一電容C11的負極接地電壓GND ；第二電容C21的正極接輸出節點的負端V。n，第二電容C21的負極接地電壓GND ；第三電容的正極接輸出節點的正端 V。p，第三電容(^的負極接地電壓GND ；第四電容Q的負極接地電壓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的負極接地電壓GND。本發明還提出了另一種負反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用NMOS管實現，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的漏極接輸出節點的負端V。p，第一 NMOS管M31的柵極接輸入節點的正端Vip，第一 NMOS管M31的源極接地電壓GND ；第二 NMOS 管M3r的漏極接輸出節點的正端V。p，第二 NMOS管的柵極接輸入節點的負端Vin，第二 NMOS 管1的源極接地電壓GND ；第三NMOS管M21的柵極接輸出節點的負端V。n，第三NMOS管M21 的源極接地電壓GND ；第四NMOS管M2r的柵極接輸出節點的正端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的源極接輸出節點的負端V。n ；第六NMOS管Mt的漏極接電源電壓VDD，第六NMOS管的源極接輸出節點的正端V。p ；第一電容C11的負極接電源電壓VDD ；第二電容Q1的正極接輸出節點的負端V。n， 第二電容C21的負極接電源電壓VDD ；第三電容C2,的正極接輸出節點的正端V。p，第三電容 C2r的負極接電源電壓VDD ；第四電容Q的負極接電源電壓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的負極接電源電壓VDD。本發明的特點及效果本發明基于負反饋技術，不需要共模反饋電路，有效地降低功耗；僅僅使用了八個晶體管實現一個雙二階單元，要實現四階帶通濾波器僅需要十六個晶體管，結構對稱簡單， 易于設計，有效地降低了帶通濾波器電路結構的復雜度。本發明還可以進一步控制第一 PMOS管和第二 PMOS管與第五PMOS管和第六PMOS 管的跨導比例來調整通帶增益。
圖1是已有的帶通濾波器中跨導單元的示意圖；圖2是本發明提出的一種基于負反饋的二階帶通濾波器的示意圖；圖3是本發明提出的一種基于負反饋的二階帶通濾波器的示意圖；圖4是本發明提出的4階有源帶通濾波器的幅度傳輸曲線。
具體實施例方式本發明的負反饋的二階帶通濾波器結合附圖及實施例詳細說明如下本發明提出的一種負反饋的二階帶通濾波器，如圖2所示，其特征在于，采用PMOS 管實現，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的漏極接輸出節點的負端V。p， 第一 PMOS管M31的柵極接輸入節點的正端Vip，第一 PMOS管M31的源極接電源電壓VDD ；第二 PMOS管的漏極接輸出節點的正端V。p，第二 PMOS管的柵極接輸入節點的負端Vin， 第二 PMOS管M3,的源極接電源電壓VDD ；第三PMOS管M21的柵極接輸出節點的負端V。n，第三PMOS管M21的源極接電源電壓VDD ；第四PMOS管M2r的柵極接輸出節點的正端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 的源極接輸出節點的負端V。n ；第六PMOS管的漏極接地電壓GND，第六PMOS管的源極接輸出節點的正端V。p ；第一電容C11的負極接地電壓GND ；第二電容C21的正極接輸出節點的負端V。n，第二電容C21的負極接地電壓GND ；第三電容的正極接輸出節點的正端V。p， 第三電容(^的負極接地電壓GND ；第四電容Q的負極接地電壓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的負極接地電壓GND。本發明提出的另一種負反饋的二階帶通濾波器如圖3所示，其特征在于，采用 NMOS管實現，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的漏極接輸出節點的負端 V。p，第一 NMOS管M31的柵極接輸入節點的正端Vip，第一 NMOS管M31的源極接地電壓GND ；第二 NMOS管的漏極接輸出節點的正端V。p，第二 NMOS管的柵極接輸入節點的負端Vin， 第二 NMOS管M3,的源極接地電壓GND ；第三NMOS管M21的柵極接輸出節點的負端V。n，第三 NMOS管M21的源極接地電壓GND ；第四NMOS管的柵極接輸出節點的正端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的源極接輸出節點的負端V。n ；第六NMOS管Mt的漏極接電源電壓VDD，第六NMOS管的源極接輸出節點的正端V。p ；第一電容C11的負極接電源電壓VDD ；第二電容C21的正極接輸出節點的負端V。n，第二電容C21的負極接電源電壓VDD ；第三電容C2,的正極接輸出節點的正端 V。p，第三電容(^的負極接電源電壓VDD ；第四電容Q的負極接電源電壓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的負極接電源電壓 VDD。為了更加詳細地說明本發明實施例提供的雙二階單元可以實現帶通濾波器，進行如下定量分析。如圖2所示，假如忽略輸出跨導及晶體管的寄生電容，并且設PMOS管M31和 M3r的跨導為^l3，設PMOS管M21和M2r的跨導為^l2，設PMOS管M11和的跨導為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(即變量為s的函數H(S))
權利要求
1.一種負反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用PMOS管實現，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)的漏極接輸出節點的負端 (V。p)，第一 PMOS管(M31)的柵極接輸入節點的正端(Vip)，第一 PMOS管(M31)的源極接電源電壓(VDD)；第二 PMOS管(MJ的漏極接輸出節點的正端(V。p)，第二 PMOS管(M&)的柵極接輸入節點的負端(Vin)，第二 PMOS管(M3r)的源極接電源電壓(VDD)；第三PMOS管(M21)的柵極接輸出節點的負端(VJ，第三PMOS管(M21)的源極接電源電壓(VDD)；第四PMOS管(M2,) 的柵極接輸出節點的正端(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)的源極接輸出節點的負端(Vj ；第六PMOS 管(MJ的漏極接地電壓(GND)，第六PMOS管(MJ的源極接輸出節點的正端(V。p)；第一電容(C11)的負極接地電壓(GND)；第二電容(C21)的正極接輸出節點的負端(VJ，第二電容 (C21)的負極接地電壓(GND)；第三電容(C2r)的正極接輸出節點的正端(V。p)，第三電容(C2r) 的負極接地電壓(GND)；第四電容(Clr)的負極接地電壓(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)的負極接地電壓(GND)。
2.一種負反饋的二階帶通濾波器，其特征在于，采用NMOS管實現，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)的漏極接輸出節點的負端 (V。p)，第一 NMOS管(M31)的柵極接輸入節點的正端(Vip)，第一 NMOS管(M31)的源極接地電壓(GND)；第二 NMOS管(M3r)的漏極接輸出節點的正端(V。p)，第二 NMOS管(M3r)的柵極接輸入節點的負端(Vin)，第二 NMOS管(M&)的源極接地電壓(GND)；第三NMOS管(M21)的柵極接輸出節點的負端(VJ，第三NMOS管(M21)的源極接地電壓(GND)；第四NMOS管(M2r)的柵極接輸出節點的正端(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)的源極接輸出節點的負端(V。n)；第六NMOS管 (Mlr)的漏極接電源電壓(VDD)，第六NMOS管(MJ的源極接輸出節點的正端(V。p)；第一電容(C11)的負極接電源電壓(VDD)；第二電容(C21)的正極接輸出節點的負端(V。n)，第二電容(C21)的負極接電源電壓(VDD)；第三電容(C2,)的正極接輸出節點的正端(V。p)，第三電容 (C2r)的負極接電源電壓(VDD)；第四電容(Clr)的負極接電源電壓(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)的負極接電源電壓(VDD)。
全文摘要
本發明涉及一種基于負反饋的二階帶通濾波器，屬于模擬濾波器設計領域。采用PMOS管或NMOS管實現，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；本發明基于負反饋技術，不需要共模反饋電路，有效地降低功耗；僅僅使用了八個晶體管實現一個雙二階單元，要實現四階帶通濾波器僅需要十六個晶體管，結構對稱簡單，易于設計，有效地降低了帶通濾波器電路結構的復雜度；還可以通過控制第一PMOS管和第二PMOS管與第五PMOS管和第六PMOS管的跨導比例來調整通帶增益。
文檔編號H03H7/12GK102158193SQ20111010116
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者張莉, 楊佳樂, 王燕, 錢鶴, 陳勇 申請人:清華大學