一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器。
【背景技术】
[0002] 近十年来，随着无线通信技术的快速发展以及集成电路工艺的不断进步，催生出 交叉学科无线传感器网络（WSN)技术。WSN技术由于其分布式、自组织和低成本的特点，对 其核心模块无线射频收发机提出了低功耗、高集成度和低成本的设计要求。模拟集成滤波 器作为接收机中的重要模块，位于下混频的后级、可变增益放大器的前级。下混频后的中频 信号除有用信道信号外，还包含带外干扰信号，如不加以滤除会造成后级电路的增益饱和 以及干扰正常的信号解调。而模拟集成滤波器正是实现滤除带外干扰信号的功能。
[0003] 目前对于模拟集成滤波器的研宄主要分为有源RC滤波器和Gm-C滤波器两个方 面。有源RC滤波器中，运算放大器工作在闭环负反馈状态，可以为滤波器提供很高的线 性度，但同时也带来滤波器带宽的限制和功耗的恶化，因此限制了有源RC滤波器主要用于 1MHz~10MHz的频率范围内。Gm-C滤波器中跨导放大器工作在开环状态，不受闭环带宽的 限制，工作频率高，同时可以保持较低的功耗，因此越来越受研宄者的关注。设计Gm-C滤波 器的方法有很多种，如二阶单元级联法、跳耦法、多积分器反馈法。但是无论采用何种方法， 都不可避免信号反馈环路的存在，同时为了提高抗干扰能力，射频接收机中的Gm-C滤波器 普遍采用全差分结构。为了实现差分负反馈的功能，通常需要采用两个相同跨导值的差分 跨导放大器输出并联来实现输出电流的相减功能，即构成了四输入端口两输出端口的全差 分跨导放大器。常用的高性能跨导放大器如基于电流传输器的高线性跨导放大器由电压电 流转换级和电流输出级构成。采用传统的滤波器设计方式，直接并联两个相同的两输入跨 导放大器将造成功耗的增加，不符合低功耗的设计要求。因此设计一种低功耗的四输入跨 导放大器具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 发明目的：针对传统全差分Gm-C滤波器中并联相同跨导放大器实现的四输入跨 导放大器的高功耗缺陷，本发明提出了一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器， 是一种通过共享电流输出级的低功耗、高线性度的四输入端口跨导放大器，采用基于电流 传输器的高线性度跨导放大器，通过共享电流输出级，在实现差分电流相加减的功能的同 时，有效地减少了电路的功耗和面积。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器，包括两个差分电压电流转换 级和一个共享电流输出级，分别称两个差分电压电流转换级为电压电流转换级A和电压 电流转换级B;差分电压电流转换级由超级源跟随器和无源电阻构成，超级源跟随器通过 反馈精确复制差分输入电压，施加到无源电阻上后转化为差分输出电流；电压电流转换级 A的差分输出电流为；
【主权项】
1. 一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器，其特征在于：包括两个差分电 压电流转换级和一个共享电流输出级，分别称两个差分电压电流转换级为电压电流转换级 A和电压电流转换级B ;差分电压电流转换级由超级源跟随器和无源电阻构成，超级源跟随 器通过反馈精确复制差分输入电压，施加到无源电阻上后转化为差分输出电流；电压电流 转换级A的差分输出电流为& = (G4 - 1/")/仏，电压电流转换级B的差分输出电 流为匕-/。= (Ga - Gd/心，电压电流转换级A和电压电流转换级B输出的电流通过 直接并联的形式实现电流的加减，然后经过共享电流输出级输出到高阻抗的输出节点；该 四输入跨导放大器的差分输出电流为：
其中，以为电压电流转换级A的差分输入信号，Κ。、为电压电流转换级B 的差分输入信号，Ra为电压电流转换级A的无源电阻，A Β为电压电流转换级B的无源电阻， gA= 1/Ra, gB= 1/Rb〇
2. 根据权利要求1所述的用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器，其特征在于： 该四输入跨导放大器的具体电路为： 第一 PMOS晶体管PMl的栅极、第二PMOS晶体管PM2的栅极、第三PMOS晶体管PM3的 栅极、第四PMOS晶体管PM4的栅极、第五PMOS晶体管PM5的栅极和第六PMOS晶体管PM6 的栅极相连后并接入偏置电压V bp，第一 PMOS晶体管PM16的源极、第二PMOS晶体管PM26的 源极、第三PMOS晶体管PM36的源极、第四PMOS晶体管PM46的源极、第五PMOS晶体管PM56 的源极和第六PMOS晶体管PM6的源极相连后并接入电源电压Vdd ; 第一 PMOS晶体管PMl的漏极、第七PMOS晶体管PM7的源极和第一 NMOS晶体管NMl的 漏极相连后并接入无源电阻Ra的一端，第二PMOS晶体管PM2的漏极、第八PMOS晶体管PM8 的源极和第二NMOS晶体管匪2的漏极相连后并接入无源电阻R a的另一端； 第三PMOS晶体管PM3的漏极与第三NMOS晶体管NM3的漏极相连，第四PMOS晶体管 PM4的漏极与第四NMOS晶体管NM4的漏极相连； 第五PMOS晶体管PM5的漏极、第九PMOS晶体管PM9的源极和第五NMOS晶体管NM5的 漏极相连后并接入无源电阻Rb的一端，第六PMOS晶体管PM6的漏极、第十PMOS晶体管PMlO 的源极和第六NMOS晶体管NM6的漏极相连后并接入无源电阻Rb的另一端； 第七PMOS晶体管PM7的漏极、第一 NMOS晶体管NMl的栅极和第七NMOS晶体管NM7的 漏极相连，第八PMOS晶体管PM8的漏极、第二NMOS晶体管NM2的栅极和第十NMOS晶体管 匪10的漏极相连，第九PMOS晶体管PM9的漏极、第五NMOS晶体管匪5的栅极和第十三NMOS 晶体管匪13的漏极相连，第十PMOS晶体管PMlO的漏极、第六NMOS晶体管NM6的栅极和第 十六NMOS晶体管匪16的漏极相连； 第一 NMOS晶体管NMl的源极、第八NMOS晶体管NM8的漏极、第四NMOS晶体管NM4的 源极和第十二NMOS晶体管NM12的漏极相连，第二NMOS晶体管NM2的源极、第九NMOS晶体 管NM9的漏极、第三NMOS晶体管NM3的源极和第^^一 NMOS晶体管NMll的漏极相连； 第三NMOS晶体管NM3的栅极和第四NMOS晶体管NM4的栅极相连后接入偏置电压Vm; 第五NMOS晶体管匪5的源极、第十四NMOS晶体管匪14的漏极、第四NMOS晶体管NM4 的源极和第十二NMOS晶体管匪12的漏极相连，第六NMOS晶体管NM6的源极、第十五NMOS 晶体管匪15的漏极、第三NMOS晶体管匪3的源极和第^^一 NMOS晶体管匪11的漏极相连； 第七NMOS晶体管NM7的栅极、第八NMOS晶体管NM8的栅极、第九NMOS晶体管NM9的 栅极、第十NMOS晶体管匪10的栅极、第^^一 NMOS晶体管匪11的栅极、第十二NMOS晶体 管匪12的栅极、第十三NMOS晶体管匪13的栅极、第十四NMOS晶体管匪14的栅极、第十五 NMOS晶体管匪15的栅极和第十六NMOS晶体管匪16的栅极相连后接入偏置电压Vbn; 第七NMOS晶体管NM7的源极、第八NMOS晶体管NM8的源极、第九NMOS晶体管NM9的 源极、第十NMOS晶体管匪10的源极、第^^一 NMOS晶体管匪11的源极、第十二NMOS晶体 管匪12的源极、第十三NMOS晶体管匪13的源极、第十四NMOS晶体管匪14的源极、第十五 NMOS晶体管匪15的源极和第十六NMOS晶体管匪16的源极相连后接地Gnd ; 第七PMOS晶体管PM7的栅极接差分输入信号，第八PMOS晶体管PM8的栅极接差 分输入信号R。，第九PMOS晶体管PM9的栅极接差分输入信号第十PMOS晶体管PMlO 的栅极接差分输入信号，第三PMOS晶体管ΡΜ3的漏极输出差分输出电流/Jui,第四PMOS 晶体管PM4的漏极输出差分输出电流
【专利摘要】本发明公开了一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器，包括了电压电流转换级A、电压电流转换级B和一个共享电流输出级电路三个模块。本发明采用基于电流传输器的高线性跨导放大器，由电压电流转换级和电流输出级构成，通过将两个全差分的电压电流转换级的输出并联，从而共享电流输出级，实现了四输入两输出的跨导放大器，相比于传统的直接并联两个相同的跨导放大器的实现方式，直接实现了差分输出电流相加减的功能，节省了电流输出级的功耗，同时采用该发明的Gm-C滤波器与传统的实现方式具有相同的频率特性。
【IPC分类】H03F1-34, H03F3-45
【公开号】CN104660194
【申请号】CN201510098896
【发明人】吴建辉, 周明杰, 李红, 陈超, 黄成
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月6日