专利名称：带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种带通滤波器。
背景技术：
近年来随着半导体工艺与电路设计技术的发展，集成电路在生物医学领域的应 用日益广泛，例如可植入人工耳蜗和各种可植入的生物信号(心电图，脑电图等)检测系 统。跟上述应用有关的各种芯片由于其超低功耗的要求，对其中各模块电路的设计提出了 挑战。模拟带通滤波器作为这些芯片中的主要模块电路之一，起到通过指定频率抑制其余 频率的作用。目前文献中有报道的应用于生物医学的低功耗带通滤波器主要有SC(开关电 容)滤波器和Gm-C (跨导电容)滤波器。SC滤波器中不可缺少的基本组成单元为运算放大 器，通常为了满足其一定的增益带宽要求而功耗较高；Gm-C滤波器中的Gm跨导放大器单元 也因为线性度噪声等指标的要求而功耗较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种带通滤波器，该滤波器的功耗相对现有技术而言明 显降低。 第一方面，本发明公开了一种带通滤波器，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS 管、第四MOS管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一电流源和第二电 流源；其中，所述第三MOS管、第四MOS管以栅极与漏极相互交叉耦合的组成源跟随器的方 式连接，所述第一 MOS管、第二 MOS管以二极管连接方式连接。 上述的带通滤波器，优选所述第一 MOS管、所述第二 MOS管、所述第三MOS管、所述 第四MOS管均为PMOS管；其中，所述第一电流源和所述第三电容器均与所述第三MOS管的 源极相连接、所述第二电流源和所述第四电容器均与所述第四MOS管的源极相连接；并且， 所述第三电容器、所述第四电容器分别接地；所述第一电流源、所述第二电流源均与电源电 压相连接；所述第三MOS管的栅极与所述第四MOS管的漏极相连接，所述第四MOS管的栅极 与所述第三MOS管的漏极相连接；所述第一电容器和所述第三MOS管的漏极均与所述第一 MOS管的源极相连接；所述第二电容器和所述第四MOS管的漏极均与所述第二 MOS管的源 极相连接；以及所述第一MOS管的漏极和栅极、所述第二MOS管的漏极和栅极分别接地。
上述的带通滤波器，优选所述第一 MOS管、所述第二 MOS管、所述第三MOS管、所述 第四MOS管均为NMOS管；其中，所述第一电流源和所述第三电容器均与所述第三MOS管的 源极相连接、所述第二电流源和第四电容器均与所述第四MOS管的源极相连接；并且，所述 第三电容器、所述第四电容器分别接地；所述第一电流源、所述第二电流源均与地相连接； 所述第三MOS管的栅极与所述第四MOS管的漏极相连接，所述第四MOS管的栅极与所述第 三MOS管的漏极相连接；所述第一电容器和第三MOS管的漏极均与所述第一MOS管的源极 相连接；所述第二电容器和所述第四MOS管的漏极均与所述第二MOS管的源极相连接；以 及所述第一 MOS管的漏极和栅极、所述第二 MOS管的漏极和栅极分别接电源电压。
上述的带通滤波器，优选所述第一电容器和所述第二电容器电容值相等；所述第
三电容器和所述第四电容器电容值相等；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 电流源和所述第二电流源的电流值相等。
第二方面，本发明还公开了另外一种带通滤波器，所述滤波器由上述多个带通滤 波器级联组成。 第三方面，本发明还公开了一种带通滤波器，该带通滤波器以双极型晶体管替代 MOS管。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果 采用源跟随器，打破滤波器功耗和线性度相互对立的局面。由于没有运算放大器 和Gm单元，降低了带通滤波器的功耗。
图1为PMOS管构造的源跟随器的结构示意图； 图2为本发明带通滤波器实施例的结构示意图； 图3为NMOS管构造的源跟随器的结构示意图； 图4为本发明带通滤波器另一实施例的结构示意图； 图5为本发明带通滤波器另一实施例的结构示意图； 图6为级联的带通滤波器的结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一 参照图1，图1为PMOS管构造的源跟随器的结构示意图。栅极接输入信号Vw漏 极接地，源极接电流源I，电流源另一端接电源电压VDD。 参照图2，图2为本发明带通滤波器实施例的结构示意图。该滤波器包括图1中的 源跟随器。 其中C21 C24为电容，M21 M24为PMOS晶体管，121禾P 122为两个电流源。 为保证电路的差分结构，其中C21和C22的电容值相等，C23和C24的电容值相等。M21和 M22的尺寸相同，M23和M24的尺寸相同。121和122的电流值相等。vi+为输入信号正极， vi_为输入信号负极，vo+为输出信号正极，vo-为输出信号负极。 以图2的PMOS管M23为例说明，它的信号输入端即栅极接在M24管的漏端，也即 M22管的源极，也即电容C22的左极板。漏极接在M21管的源端，也即电容C21的右极板，也 即M24管的栅极。源极即信号输出端接在电流源I21的一段，也即电容C23的上极板。
为方便起见，设M21 M24的跨导值都为gm，然而M21， 22与M23， 24的跨导值并不 一定相同；设C21与C22的电容值为CX，C23与C24的电容值为Cy。假设晶体管的输出电导 远小于其跨导值，推导得到传递函数如下
4
T^4^T
<formula>formula see original document page 5</formula>g i g加
由如上传递函数可以得到滤波器的各项特性参数 g附
K = H("0) = 1，
其中"。是极点特征频率，Q为品质因子，K是通带增益。
本实施例中，采用用源跟随器，打破滤波器功耗和线性度相互对立的局面。由于没 有运算放大器和Gm单元，降低了带通滤波器的功耗。在TSMC 0. 18 y m工艺下仿真，此二阶'充。
带通滤波器，在IV电源电压下，500 1000Hz的通带频率，仅消耗约8nA的电#
实施例二 参照图3，图3为NMOS管构造的源跟随器的结构示意图。NMOS管的栅极接输入信
号，漏极接电源电压VDD，源极即信号输出端，接电流源I，电流源另一端接地。 参照图4，图4为本发明带通滤波器实施例的结构示意图。该滤波器包括图3中的
源跟随器。 其中C41 C44为电容，M41 M44为NMOS管，141和142为两个电流源。为保证 电路的差分结构，其中C41和C42的电容值相等，C43和C44的电容值相等。M41和M42的 尺寸相同，M43和M44的尺寸相同。141和I42的电流值相等。vi+为输入信号正极，vi-为 输入信号负极，vo+为输出信号正极，vo-为输出信号负极。连接关系如图所示。
M41 M44这四个画OS管，在双阱工艺中其衬底只能接地，故而存在衬偏效应，使 得用全NMOS晶体管实现的双二阶单元存在增益损失。但是，在三阱工艺中其衬底可以接到 源端，没有衬偏效应，从而图4中用全NMOS晶体管实现的双二阶单元没有增益损失。
本实施例中，采用源跟随器，打破滤波器功耗和线性度相互对立的局面。由于没有 运算放大器和Gm单元，降低了带通滤波器的功耗。 需要说明的是，除了采用MOS管组成的源跟随器构造带通滤波器外，还可以采用 其它类型场效应晶体管或者双极型晶体管组成滤波器，例如PNP型三极管或NPN型三极管， 采用PNP型三极管组成的源跟随器构造带通滤波器的原理与方式同PMOS管类似；采用NPN 型三极管组成的源跟随器构造带通滤波器的原理与方式同NMOS管类似。
参照图5，图5为本发明带通滤波器另一实施例的结构示意图，其中，B41 B44均 为NPN双极型晶体管。C41 C44为电容，141和142为两个电流源。为保证电路的差分结 构，其中C41和C42的电容值相等，C43和C44的电容值相等。B41和B42的尺寸相同，B43 和B44的尺寸相同。141和I42的电流值相等。vi+为输入信号正极，vi-为输入信号负极， vo+为输出信号正极，vo-为输出信号负极。连接关系如图所示。
实施例三 多个此二阶带通滤波器的级联可以得到高阶滤波器。例如两个此二阶带通滤波器级联可以构成四阶带通滤波器。由于此二阶单元的输入通过电容耦合，因此前一个二阶单
元的输出可以直接接到后一个二阶单元的输入，而不用担心直流电平的问题。 参照图6，图6为级联的带通滤波器的结构示意图。在图6中，vi+为输入信号正
极，vi-为输入信号负极，vo+为输出信号正极，vo-为输出信号负极。连接关系如图所示。在
TSMC 0. 18iim工艺下仿真，用此二阶单元构造的四阶带通滤波器，在lV电源电压下，500
1000Hz的通带频率，仅消耗约16nA的电流。由此可见，级联的带通滤波器的功耗非常低。 以上对本发明所提供的一种带通滤波器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例
对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方
法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在
具体实施例方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
一种带通滤波器，其特征在于，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一电流源和第二电流源；其中，所述第三MOS管、第四MOS管以栅极与漏极相互交叉耦合的组成源跟随器的方式连接，所述第一MOS管、第二MOS管以二极管连接方式连接。
2. 根据权利要求1所述的带通滤波器，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管均为PM0S管；其中，所述第一电流源和所述第三电容器均与所述第三MOS管的源极相连接、所述第二电流 源和所述第四电容器均与所述第四MOS管的源极相连接；并且，所述第三电容器、所述第四 电容器分别接地；所述第一电流源、所述第二电流源均与电源电压相连接；所述第三M0S管的栅极与所述第四M0S管的漏极相连接，所述第四M0S管的栅极与所 述第三MOS管的漏极相连接；所述第一电容器和所述第三MOS管的漏极均与所述第一MOS管的源极相连接；所述第 二电容器和所述第四M0S管的漏极均与所述第二MOS管的源极相连接；以及所述第一 M0S管的漏极和栅极、所述第二 M0S管的漏极和栅极分别接地。
3. 根据权利要求1所述的带通滤波器，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管均为NMOS管；其中，所述第一电流源和所述第三电容器均与所述第三MOS管的源极相连接、所述第二电流 源和第四电容器均与所述第四MOS管的源极相连接；并且，所述第三电容器、所述第四电容 器分别接地；所述第一电流源、所述第二电流源均与地相连接；所述第三M0S管的栅极与所述第四M0S管的漏极相连接，所述第四M0S管的栅极与所 述第三MOS管的漏极相连接；所述第一电容器和第三M0S管的漏极均与所述第一 M0S管的源极相连接；所述第二电 容器和所述第四M0S管的漏极均与所述第二 M0S管的源极相连接；以及所述第一 M0S管的漏极和栅极、所述第二 M0S管的漏极和栅极分别接电源电压。
4. 根据权利要求2或3所述的带通滤波器，其特征在于，所述第一 电容器和所述第二电容器电容值相等；所述第三电容器和所述第四电容器电 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 电流源和所述第二电流源的电流值相等。
5. —种带通滤波器，其特征在于，所述滤波器由根据权利要求1至4中任一项所述的多 个带通滤波器级联组成。
6. 根据权利要求1所述的带通滤波器，其特征在于，以双极型晶体管替代M0S管。
全文摘要
本发明公开了一种带通滤波器。该带通滤波器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器、第一电流源和第二电流源；其中，所述第三MOS管、第四MOS管以栅极与漏极相互交叉耦合的组成源跟随器的方式连接，所述第一MOS管、第二MOS管以二极管连接方式连接。本发明中，源跟随器构造的局部反馈能够打破滤波器功耗和线性度相互对立的局面，使带通滤波器的功耗大幅降低。
文档编号H03H7/12GK101777880SQ201010034430
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者廖怀林, 杨闵昊 申请人:北京大学