一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器。
【背景技術】
[0002] 近十年來，隨著無線通信技術的快速發展以及集成電路工藝的不斷進步，催生出 交叉學科無線傳感器網絡（WSN)技術。WSN技術由于其分布式、自組織和低成本的特點，對 其核心模塊無線射頻收發機提出了低功耗、高集成度和低成本的設計要求。模擬集成濾波 器作為接收機中的重要模塊，位于下混頻的后級、可變增益放大器的前級。下混頻后的中頻 信號除有用信道信號外，還包含帶外干擾信號，如不加以濾除會造成后級電路的增益飽和 以及干擾正常的信號解調。而模擬集成濾波器正是實現濾除帶外干擾信號的功能。
[0003] 目前對于模擬集成濾波器的研宄主要分為有源RC濾波器和Gm-C濾波器兩個方 面。有源RC濾波器中，運算放大器工作在閉環負反饋狀態，可以為濾波器提供很高的線 性度，但同時也帶來濾波器帶寬的限制和功耗的惡化，因此限制了有源RC濾波器主要用于 1MHz~10MHz的頻率范圍內。Gm-C濾波器中跨導放大器工作在開環狀態，不受閉環帶寬的 限制，工作頻率高，同時可以保持較低的功耗，因此越來越受研宄者的關注。設計Gm-C濾波 器的方法有很多種，如二階單元級聯法、跳耦法、多積分器反饋法。但是無論采用何種方法， 都不可避免信號反饋環路的存在，同時為了提高抗干擾能力，射頻接收機中的Gm-C濾波器 普遍采用全差分結構。為了實現差分負反饋的功能，通常需要采用兩個相同跨導值的差分 跨導放大器輸出并聯來實現輸出電流的相減功能，即構成了四輸入端口兩輸出端口的全差 分跨導放大器。常用的高性能跨導放大器如基于電流傳輸器的高線性跨導放大器由電壓電 流轉換級和電流輸出級構成。采用傳統的濾波器設計方式，直接并聯兩個相同的兩輸入跨 導放大器將造成功耗的增加，不符合低功耗的設計要求。因此設計一種低功耗的四輸入跨 導放大器具有重要意義。
【發明內容】
[0004] 發明目的：針對傳統全差分Gm-C濾波器中并聯相同跨導放大器實現的四輸入跨 導放大器的高功耗缺陷，本發明提出了一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器， 是一種通過共享電流輸出級的低功耗、高線性度的四輸入端口跨導放大器，采用基于電流 傳輸器的高線性度跨導放大器，通過共享電流輸出級，在實現差分電流相加減的功能的同 時，有效地減少了電路的功耗和面積。
[0005] 技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0006] 一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器，包括兩個差分電壓電流轉換 級和一個共享電流輸出級，分別稱兩個差分電壓電流轉換級為電壓電流轉換級A和電壓 電流轉換級B;差分電壓電流轉換級由超級源跟隨器和無源電阻構成，超級源跟隨器通過 反饋精確復制差分輸入電壓，施加到無源電阻上后轉化為差分輸出電流；電壓電流轉換級 A的差分輸出電流為；
【主權項】
1. 一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器，其特征在于：包括兩個差分電 壓電流轉換級和一個共享電流輸出級，分別稱兩個差分電壓電流轉換級為電壓電流轉換級 A和電壓電流轉換級B ;差分電壓電流轉換級由超級源跟隨器和無源電阻構成，超級源跟隨 器通過反饋精確復制差分輸入電壓，施加到無源電阻上后轉化為差分輸出電流；電壓電流 轉換級A的差分輸出電流為& = (G4 - 1/")/仏，電壓電流轉換級B的差分輸出電 流為匕-/。= (Ga - Gd/心，電壓電流轉換級A和電壓電流轉換級B輸出的電流通過 直接并聯的形式實現電流的加減，然后經過共享電流輸出級輸出到高阻抗的輸出節點；該 四輸入跨導放大器的差分輸出電流為：
其中，以為電壓電流轉換級A的差分輸入信號，Κ。、為電壓電流轉換級B 的差分輸入信號，Ra為電壓電流轉換級A的無源電阻，A Β為電壓電流轉換級B的無源電阻， gA= 1/Ra, gB= 1/Rb〇
2. 根據權利要求1所述的用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器，其特征在于： 該四輸入跨導放大器的具體電路為： 第一 PMOS晶體管PMl的柵極、第二PMOS晶體管PM2的柵極、第三PMOS晶體管PM3的 柵極、第四PMOS晶體管PM4的柵極、第五PMOS晶體管PM5的柵極和第六PMOS晶體管PM6 的柵極相連后并接入偏置電壓V bp，第一 PMOS晶體管PM16的源極、第二PMOS晶體管PM26的 源極、第三PMOS晶體管PM36的源極、第四PMOS晶體管PM46的源極、第五PMOS晶體管PM56 的源極和第六PMOS晶體管PM6的源極相連后并接入電源電壓Vdd ; 第一 PMOS晶體管PMl的漏極、第七PMOS晶體管PM7的源極和第一 NMOS晶體管NMl的 漏極相連后并接入無源電阻Ra的一端，第二PMOS晶體管PM2的漏極、第八PMOS晶體管PM8 的源極和第二NMOS晶體管匪2的漏極相連后并接入無源電阻R a的另一端； 第三PMOS晶體管PM3的漏極與第三NMOS晶體管NM3的漏極相連，第四PMOS晶體管 PM4的漏極與第四NMOS晶體管NM4的漏極相連； 第五PMOS晶體管PM5的漏極、第九PMOS晶體管PM9的源極和第五NMOS晶體管NM5的 漏極相連后并接入無源電阻Rb的一端，第六PMOS晶體管PM6的漏極、第十PMOS晶體管PMlO 的源極和第六NMOS晶體管NM6的漏極相連后并接入無源電阻Rb的另一端； 第七PMOS晶體管PM7的漏極、第一 NMOS晶體管NMl的柵極和第七NMOS晶體管NM7的 漏極相連，第八PMOS晶體管PM8的漏極、第二NMOS晶體管NM2的柵極和第十NMOS晶體管 匪10的漏極相連，第九PMOS晶體管PM9的漏極、第五NMOS晶體管匪5的柵極和第十三NMOS 晶體管匪13的漏極相連，第十PMOS晶體管PMlO的漏極、第六NMOS晶體管NM6的柵極和第 十六NMOS晶體管匪16的漏極相連； 第一 NMOS晶體管NMl的源極、第八NMOS晶體管NM8的漏極、第四NMOS晶體管NM4的 源極和第十二NMOS晶體管NM12的漏極相連，第二NMOS晶體管NM2的源極、第九NMOS晶體 管NM9的漏極、第三NMOS晶體管NM3的源極和第^^一 NMOS晶體管NMll的漏極相連； 第三NMOS晶體管NM3的柵極和第四NMOS晶體管NM4的柵極相連后接入偏置電壓Vm; 第五NMOS晶體管匪5的源極、第十四NMOS晶體管匪14的漏極、第四NMOS晶體管NM4 的源極和第十二NMOS晶體管匪12的漏極相連，第六NMOS晶體管NM6的源極、第十五NMOS 晶體管匪15的漏極、第三NMOS晶體管匪3的源極和第^^一 NMOS晶體管匪11的漏極相連； 第七NMOS晶體管NM7的柵極、第八NMOS晶體管NM8的柵極、第九NMOS晶體管NM9的 柵極、第十NMOS晶體管匪10的柵極、第^^一 NMOS晶體管匪11的柵極、第十二NMOS晶體 管匪12的柵極、第十三NMOS晶體管匪13的柵極、第十四NMOS晶體管匪14的柵極、第十五 NMOS晶體管匪15的柵極和第十六NMOS晶體管匪16的柵極相連后接入偏置電壓Vbn; 第七NMOS晶體管NM7的源極、第八NMOS晶體管NM8的源極、第九NMOS晶體管NM9的 源極、第十NMOS晶體管匪10的源極、第^^一 NMOS晶體管匪11的源極、第十二NMOS晶體 管匪12的源極、第十三NMOS晶體管匪13的源極、第十四NMOS晶體管匪14的源極、第十五 NMOS晶體管匪15的源極和第十六NMOS晶體管匪16的源極相連后接地Gnd ; 第七PMOS晶體管PM7的柵極接差分輸入信號，第八PMOS晶體管PM8的柵極接差 分輸入信號R。，第九PMOS晶體管PM9的柵極接差分輸入信號第十PMOS晶體管PMlO 的柵極接差分輸入信號，第三PMOS晶體管ΡΜ3的漏極輸出差分輸出電流/Jui,第四PMOS 晶體管PM4的漏極輸出差分輸出電流
【專利摘要】本發明公開了一種用于全差分Gm-C濾波器的四輸入跨導放大器，包括了電壓電流轉換級A、電壓電流轉換級B和一個共享電流輸出級電路三個模塊。本發明采用基于電流傳輸器的高線性跨導放大器，由電壓電流轉換級和電流輸出級構成，通過將兩個全差分的電壓電流轉換級的輸出并聯，從而共享電流輸出級，實現了四輸入兩輸出的跨導放大器，相比于傳統的直接并聯兩個相同的跨導放大器的實現方式，直接實現了差分輸出電流相加減的功能，節省了電流輸出級的功耗，同時采用該發明的Gm-C濾波器與傳統的實現方式具有相同的頻率特性。
【IPC分類】H03F1-34, H03F3-45
【公開號】CN104660194
【申請號】CN201510098896
【發明人】吳建輝, 周明杰, 李紅, 陳超, 黃成
【申請人】東南大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月6日