专利名称：基于ota的电流模式滤波器和振荡器的制作方法
技术领域：
本公开总体涉及滤波器，更具体地涉及基于运算跨导放大器(OTA)的电流模式滤波器和振荡器。
背景技术：
除非另有声明，这一部分中所述的材料并非相对于该申请中权利要求是现有技术，并且并不承认包括在这一部分中就是现有技术。全通滤波器广泛地用在模拟信号处理中作为视频、通信和仪器应用中的群延时均衡器。一阶全通滤波器也可以用作实现不同类型的二阶滤波器和正交振荡器的构造块。由于其特定的所需带宽和动态范围，连续时间集成滤波器设计中的一些流行方法至少包括运算跨导放大器和电容器(OTA-C)。
发明内容
本公开的一些实施例总体涉及一种滤波器。示例滤波器可以包括:具有第一节点和第二节点的第一电路，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点。所述示例滤波器也可以包括第一运算跨导放大器(OTA)，所述第
一OTA包括:反相输入端，配置用于接收第一输入电流信号；非反相输入端，耦合至第二节点；反相输出端，耦合至第二节点，并且配置用于提供第一输出电流信号；以及非反相输出端，配置用于提供第二输出电流信号。所述示例滤波器还可以包括第二 0ΤΑ，所述第二 OTA包括:非反相输入端，耦合至第一节点；反相输入端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端；非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端，并且用于提供第三输出电流信号；以及反相输出端，耦合至所述第二节点，配置用于提供第四输出电流信号。所述第一 OTA和所述第
二OTA具有实质上相同的跨导。所述示例滤波器可以配置为使得所述第一和第二输出电流信号与所述第一 OTA的跨导以及所述第一 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比，并且所述第三和第四输出电流信号与所述第OTA的跨导以及所述第OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比。以上概述只是说明性的而不是意欲按照任何方式进行限制。除了上述说明性的方面、实施例和特征之外，另外的方面、实施例和特征通过参考以下详细描述将变得清楚明白。
在附图中:图1示出了示例的基于OTA的非反相(+)型滤波器的简化方框图；图2示出了示例的基于OTA的反相(_)型滤波器的简化方框图；图3示出了示例的单一输入端基于OTA的非反相⑴型滤波器的简化方框图；图4示出了示例的单一输入端基于OTA的反相(_)型滤波器的简化方框图5示出了具有基于OTA的非反相(+)型滤波器的示例正交振荡器的简化方框图；图6示出了具有基于OTA的反相(_)型滤波器的示例正交振荡器的简化方框图；图7示出了具有单一输入端的基于OTA的非反相(+)型滤波器的示例正交振荡器的简化方框图；图8示出了具有单一输入端的基于OTA的反相㈠型滤波器的示例正交振荡器的简化方框图；图9示出了针对基于OTA的滤波器设计的几个示例电路元件；图10示出了示例OTA-C仿真电感器的简化方框图；以及图11示出了另一个示例OTA-C仿真电感器的简化方框图，所有都根据这里描述的本公开的至少一些实施例设置。
具体实施例方式参考附图进行以下详细描述，所述附图形成了描述的一部分。在附图中，除非上下文另有规定，类似的符号典型地表示类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并非意味着限制。在不脱离这里所展现主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行其他变化。应该理解的是如这里一般性描述并且在附图中说明的本公开的方面可以按照多种不同的配置进行排列、替代、组合、分离和设计，这里明确地考虑了这些内容。本公开涉及与电流模式的基于运算跨导放大器(OTA)的滤波器相关的系统、设备和方法等。简要地说，这里通常描述了与滤波器相关的技术，所述滤波器包括第一运算跨导放大器(第一 0ΤΑ)和第二运算跨导放大器(第二 0ΤΑ)。在这里描述的一些实施例中，第一OTA和第二 OTA具有实质上相同的跨导。第一和第二 OTA可以配置为实现诸如一阶全通滤波器、二阶全通滤波器、高阶全通滤波器之类的滤波器和正交振荡器。图1说明了根据本公开至少一些实施例布置的示例电流模式的基于OTA的滤波器100的简化方框图。滤波器100包括双输出-OTA(D0-0TA110，D0-0TA110具有非反相⑴输入端112、反相㈠输入端114、反相㈠输出端116和非反相⑴输出端118。滤波器100也可以包括单输出-OTA(SO-OTA) 130，S0-0TA130具有反相(-)输入端132、非反相(+)输入端134和非反相(+)输出端136。滤波器100还包括电路150，电路150具有第一端子152和第二端子154。D0-0TA110具有特征跨导gnil。S0-0TA130具有特征跨导D0-0TA110和S0-0TA130可以具有实质上相同的跨导gm。电路150具有特征导纳Y(S)。如图1所示，D0-0TA110的非反相⑴输入端112耦合至电路150的第二端子154 D0-0TA110的反相(-)输出端116。D0-0TA110的反相(-)输入端114耦合至S0-0TA130
的反相(_)输入端132和非反相(+)输出端136。电路150的第一端子152和S0-0TA130的非反相(+)输入端134耦合至电源端子，其中所述电源端子具有预定的电压参考电平(例如\、VDD, Vss, Vgnd等)。将电流输入(Iil和Ii2)分别馈送至D0-0TA110的非反相(+)输入端112和反相(-)输入端114。D0-0TA110的非反相(+)输出端118提供第一电流输出IQ1+，并且D0-0TA110的反相㈠输出端116提供第二电流输出IQ1_，其中Iqi+= _1。厂。“-ΙοΓ”的前缀负号表不第一电流输出Im+和第二电流输出1「沿相反的方向。例如，第二电流输出I。「流进D0-0TA110的反相㈠输出端116，而第一电流输出Iqi+流出非反相(+)输出端118。SO-OTA130的非反相(+)输出端136提供电流输出102+。通过在输入112和114上施加的电压(Vn+, V)来确定D0-0TA110的电流输出(101+，-101O，即101+ = - V =gml.(νη+-νη_)。通过在输入端134和132上施加的电压来确定S0-0TA130的电流输出(102)，即IQ2 = gm2.(d)。所示的S0-0TA130表现为值为l/gm2的电阻器。滤波器100的输入-输出关系在下面的Eq.(I)中示出。1,=-1 =‘丨Eq{l)
ο1 °Γ AdWCs.))............./Λ)通过配置Iil = Ii2 = Iin以及gml = gm2 = gm,并且将这些参数代入Eq.⑴，在下面的Eq.(2)中示出了滤波器100的传递函数。在这种情况下，滤波器100实现了下面的传递函数:H \s) - /w、--1 σ (.、.) +《",)..........1:q.(2) 通过配置Iil = 0, Ii2 = Iin以及gml = gm2 = gm,并且将这些参数代入Eq.⑴，在以下Eq.(3)中示出了滤波器100的传递函数。在这种情况下，滤波器100实现了下面的传递函数:H (.V) = I =——^~
4σ.(.ν)+‘) ………",.(3)通过配置Iil = Iin以及Ii2 = O,因此不需要S0-0TA130，并且将D0-0TA110的反相输入端耦合至具有预定电压电平(例如地电平)的电源端子。通过配置gml = 8111并且将这些参数代入Eq.(1)，在下面Eq.(4)中示出了滤波器100的传递函数。在这种情况下，滤波器100实现了下面的传递函数: ^(V)=4=^fe....../,； /(4)可以利用图9(a)所示的电路实现电路150。具有电容值C1的电容器910耦合在电路150的第二端子154和电源端子之间，其中电源端子具有预定的电压参考电平(例如如图9(a)所示的地电平)。电路150的导纳是Y(s) = SC1O通过配置Iil = Ii2 = Iin、gml== Sm以及Y (s) = SC1,并且将这些参数代入到Eq.(I)或Eq.⑵中，在下面的Eq.(5)中示出了滤波器100的传递函数。滤波器100用作一阶非反相型全通滤波器。H (.s.) = Jl =--十-..................../^/.(5)
m (s + ^)通过配置Iil = O、Ii2 = Iin、gml = gm2 = gm以及Y (s) = SC1,并且将这些参数代入Eq.⑴或Eq.(3)，在下面的Eq.(6)中示出了滤波器100的传递函数。滤波器100用作一阶高通滤波器。
权利要求
1.一种滤波器，包括: 具有第一节点和第二节点的第一电路，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器OTA，包括: 反相输入端，用于稱合第一输入电流信号； 非反相输入端，耦合至所述第二节点，用于耦合第二输入电流信号； 反相输出端，耦合至所述第二节点，用于提供第一输出电流信号；以及 非反相输出端，用于提供第二输出电流信号；以及 第二 OTA，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端；以及非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端，用于提供第三输出电流信号；其中所述第一 OTA和所述第二 OTA具有实质上相同的跨导，并且所述滤波器配置为使得所述第一和第二输出电流信号与所述第一 OTA的跨导以及所述第一 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比，并且所述第三输出电流信号与所述第二 OTA的跨导以及所述第二 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联 耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M-1个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
3.根据权利要求1所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
4.根据权利要求1所述的滤波器，其中所述第一电路是: 电容器； 电感器； 仿真电感器； 与电感器并联稱合的电容器； 与仿真电感器并联耦合的电容器； 与电感器串联耦合的电容器；或者 与仿真电感器串联耦合的电容器。
5.一种滤波器，包括: 具有第一节点和第二节点的第一电路，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 反相输入端，用于稱合第一输入电流信号； 非反相输入端，耦合至所述第二节点； 反相输出端，耦合至所述第二节点，用于提供第一输出电流信号；以及 非反相输出端，用于提供第二输出电流信号；以及 第二 0ΤΑ，包括:非反相输入端，耦合至第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端； 非反相输出端，稱合至所述第一 OTA的反相输入端,用于提供第三输出电流信号；以及 反相输出端，耦合至所述第二节点，用于提供第四输出电流信号； 其中所述第一 OTA和所述第二 OTA具有实质上相同的跨导，并且所述滤波器配置为使得所述第一和第二输出电流信号与所述第一 OTA的跨导以及所述第一 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比，并且所述第三和第四输出电流信号与所述第二 OTA的跨导以及所述第二 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比。
6.根据权利要求5所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M-1个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
7.根据权利要求5所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
8.根据权利要求5所述的滤波器，其中所述第一电路是: 电容器； 电感器； 仿真电感器； 与电感器并联稱合的电容器； 与仿真电感器并联耦合的电容器；或者 与电感器串联耦合的电容器；或者 与仿真电感器串联耦合的电容器。
9.一种正交振荡器，包括: 第一滤波器，包括: 耦合至第一节点的第一电容器，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 反相输入端； 非反相输入端，耦合至所述第一电容器； 第一反相输出端； 第二反相输出端； 第三反相输出端，耦合至所述第一电容器；以及 非反相输出端；以及 第二 0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端；以及 非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端；以及 第二滤波器，包括: 耦合至第一节点的第二电容器；第三OTA，包括: 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的第一反相输出端； 非反相输入端，耦合至所述第一 OTA的第二反相输出端和所述第二电容器； 第一非反相输出端，稱合至所述第一 OTA的反相输入端； 第二非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端； 第一反相输出端，耦合至所述第二电容器；以及 第二反相输出端；以及 第四0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第三OTA的反相输入端；以及 非反相输出端，耦合至所述第三OTA的反相输入端； 其中所述第一 0ΤΑ、所述第二 0ΤΑ、所述第三OTA和所述第四OTA具有实质上相同的跨导，并且所述第一电容器和所述第二电容器具有实质上相同的电容值。
10.一种正交振荡器，包括: 第一滤波器，包括: 耦合至第一节点的第一电容器，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 反相输入端； 非反相输入端，耦合至所述第一电容器； 第一反相输出端； 第二反相输出端，耦合至所述第一电容器；以及 非反相输出端；以及 第二 0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端； 非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端；以及 反相输出端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端；以及 第二滤波器，包括: 耦合至所述第一节点的第二电容器； 第三0ΤΑ，包括: 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的第一反相输出端； 非反相输入端，耦合至所述第二电容器； 非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端； 第一反相输出端，耦合至所述第二电容器；以及； 第二反相输出端；以及 第四0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第三OTA的反相输入端；非反相输出端，耦合至所述第三OTA的反相输入端；以及 反相输出端，耦合至所述第三OTA的非反相输入端； 其中所述第一 0ΤΑ、所述第二 0ΤΑ、所述第三OTA和所述第四OTA具有实质上相同的跨导，并且所述第一电容器和所述第二电容器具有实质上相同的电容值。
11.一种滤波器，包括: 具有第一节点和第二节点的第一电路，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 非反相输入端，用于稱合第一输入电流信号； 反相输入端，耦合至第二节点，用于耦合第二输入电流信号； 第一非反相输出端，耦合至所述第二节点，用于提供第一输出电流信号；以及 第二非反相输出端，用于提供第二输出电流信号；以及 第二 0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至第一所述节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端；以及非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端，用于提供第三输出电流信号；其中所述第一 OT A和所述第二 OTA具有实质上相同的跨导，并且所述滤波器配置为使得所述第一和第二输出电流信号与所述第一 OTA的跨导以及所述第一 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比，并且所述第三输出电流信号与所述第二 OTA的跨导以及所述第二 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比。
12.根据权利要求11所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M-1个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
13.根据权利要求11所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
14.根据权利要求11所述的滤波器，其中所述第一电路是: 电容器； 电感器； 仿真电感器； 与电感器并联稱合的电容器； 与仿真电感器并联耦合的电容器；或者 与电感器串联耦合的电容器；或者 与仿真电感器串联耦合的电容器。
15.一种滤波器，包括: 具有第一节点和第二节点的第一电路，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 非反相输入端，用于稱合第一输入电流信号；反相输入端，耦合至所述第二节点； 第一非反相输出端，耦合至所述第二节点，用于提供第一输出电流信号；以及 第二非反相输出端，用于提供第二输出电流信号；以及 第二 OTA，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端； 非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端，用于提供第三输出电流信号；以及 反相输出端，耦合至所述第二节点，用于提供第四输出电流信号； 其中所述第一 OTA和所述第二 OTA具有实质上相同的跨导，并且所述滤波器配置为使得所述第一和第二输出电流信号与所述第一 OTA的跨导以及所述第一 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比，并且所述第三和第四输出电流信号与所述第二 OTA的跨导以及所述第二 OTA的非反相输入端和反相输入端之间的电压差成正比。
16.根据权利要求15所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M-1个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器的相应电感器和所述第一节点之间。
17.根据权利要求15所述的滤波器，其中所述第一电路包括: M个电感器，串联耦合在所述第一节点和所述第二节点之间；以及 M个电容器，每一个均耦合在所述M个电感器中的相应电感器和所述第一节点之间。
18.根据权利要求15所述的滤波器，其中所述第一电路是: 电容器； 电感器； 仿真电感器； 与电感器并联稱合的电容器； 与仿真电感器并联耦合的电容器； 与电感器串联耦合的电容器；或者 与仿真电感器串联耦合的电容器。
19.一种正交振荡器,包括: 第一滤波器，包括: 耦合至第一节点的第一电容器，其中所述第一节点是公共节点， 所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 非反相输入端； 反相输入端，耦合至所述第一电容器； 第一反相输出端； 第二反相输出端； 第一非反相输出端，耦合至所述第一电容器；以及 第二非反相输出端； 第二 0ΤΑ，包括:非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端；以及 非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端；以及 第二滤波器，包括: 耦合至所述第一节点的第二电容器； 第三0ΤΑ，包括: 非反相输入端，稱合至所述第一 OTA的第一反相输入端； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的第二反相输出端和所述第二电容器； 第一非反相输出端，稱合至所述第一 OTA的非反相输入端； 第二非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端； 第三非反相输出端，耦合至所述第二电容器；以及 反相输出端；以及 第四0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第三OTA的非反相输入端；以及 非反相输出端，耦合至所述第三OTA的非反相输入端； 其中所述第一 0ΤΑ、所述第二 0ΤΑ、所述第三OTA和所述第四OTA具有实质上相同的跨导，并且所述第一电容器和所述第二电容器具有实质上相同的电容值。
20.—种正交振荡器,包括: 第一滤波器，包括: 耦合至第一节点的第一电容器，其中所述第一节点是公共节点，所述公共节点是电路接地节点、电压参考节点或电源节点； 第一运算跨导放大器0ΤΑ，包括: 非反相输入端； 反相输入端，耦合至所述第一电容器； 反相输出端； 第一反相输出端，耦合至所述第一电容器；以及 第二非反相输出端；以及 第二 0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端； 非反相输出端，耦合至所述第一 OTA的非反相输入端；以及 反相输出端，耦合至所述第一 OTA的反相输入端；以及 第二滤波器，包括: 耦合至第一节点的第二电容器； 第三0ΤΑ，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一 OTA的反相输出端； 反相输入端，耦合至所述第二电容器； 第一非反相输出端，稱合至所述第一 OTA的非反相输入端；第二非反相输出端，耦合至所述第二电容器；以及； 第二反相输出端；以及 第四OTA，包括: 非反相输入端，耦合至所述第一节点； 反相输入端，耦合至所述第三OTA的非反相输入端； 非反相输出端，耦合至所述第三OTA的非反相输入端；以及 反相输出端，耦合至所述第三OTA的反相输入端； 其中所述第一 0ΤΑ、所述第二 0ΤΑ、所述第三OTA和所述第四OTA具有实质上相同的跨导，并且所述第一电 容器和所述第二电容器具有实质上相同的电容值。
全文摘要
这里总地描述了涉及包括第一运算跨导放大器(第一OTA)和第二运算跨导放大器(第二OTA)在内的滤波器的技术。在这里所述的一些实施例中，第一OTA和第二OTA具有实质上相同的跨导。第一和第二OTA可以配置为实现诸如一阶全通滤波器、二阶全通滤波器、高阶滤波器之类的滤波器和正交振荡器。
文档编号H03H11/48GK103201952SQ201080069132
公开日2013年7月10日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年7月26日
发明者达塔古鲁·V·卡马特, 阿南达莫罕·P.V., G·普拉胡K 申请人:麦里普大学