一种对数域差分低通滤波器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种对数域差分低通滤波器。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步，电子医疗仪器正被广泛的使用，电子医疗仪器使用时需要获取 生物电信号，而由于生物电信号的频率非常低，一般低于lk赫兹。因此对生物电信号的滤 波处理往往需要较大的电容电阻来得到大的充放电时间常数，从而得到很低的截止频率。 然而便携式信号采集系统要求芯片面积小，这对大电容的集成是一个严峻的考验，同时，便 携式信号采集系统对电源电压和功耗的要求也非常高，为满足信号摆幅的要求，电压型滤 波器的电源电压往往很高，而传统的工作于饱和区的电流型滤波器电流电压也较大，不利 于便携式系统的使用。模拟信号的对数压扩技术可以很好的解决低电源电压下仍具有较大 动态范围的问题：电流信号先经过对数压缩得到小摆幅的电压信号，经过滤波处理后再经 过指数扩展还原回电流信号。目前对于生物电信号滤波的主要方法仍是采用电压模式滤波 电路，而近年来出现了采用BJT双极型晶体管对数滤波电路。
[0003] 但在传统电压模式电路中，由于电源电压和输入信号摆幅的固有矛盾，使得该类 滤波器的线性工作范围受到约束。而且对生物信号来说都是对低频信号的处理，滤波器要 获得大的时间常数，就需要很大的电阻和电容值，难以集成，即使采用M0S管做虚电阻，电 容也较大；而BJT双极型晶体管其不宜集成，而且由于其速度快的特点，更适合在高频信号 领域使用。此外，采用单端输入的方式对共模噪声的抑制不理想；而双端输入时又采用了两 个电容实现，集成难度增加。
【发明内容】
[0004] 为克服上述缺陷，本发明的目的即在于提供一种对数域差分低通滤波器。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 本发明是一种对数域差分低通滤波器，包括：两个结构相同的对数压缩单元，每个 所述对数压缩单元的输入端与差分输入电流中的一路相接，所述对数压缩单元对所输入的 电流进行对数压缩转换得到压缩后的电压信号，并将压缩后的电压信号输入至低通滤波单 元中；
[0007] 所述低通滤波单元的输入端分别与两个对数压缩单元的输出端相连接，其将两路 压缩后的电压信号进行滤波和处理后，得到输出电压信号，并将该输出电压信号输出至指 数扩展单元中；
[0008] 所述指数扩展单元的结构与所述对数压缩单元的结构镜像对称，其对输出电压信 号进行扩展转换得到输出的电流信息并进行输出。
[0009] 进一步，所述对数压缩单元、低通滤波单元、指数扩展单元中均设有个M0S管，且 每个M0S管均工作在亚阈值区。
[0010] 进一步，所述对数压缩单元、低通滤波单元、指数扩展单元中分别接有第一、第二、 第三偏置电流源。
[0011] 作为一种改进，所述对数压缩单元中的M0S管均为PM0S管，其分别为第一、第二、 第三PM0S管；所述第二PM0S管的栅极连接参考电压输入端，第二PM0S管的源极分别与第 三PM0S的源极、第一PM0S的漏极相连接，第二PM0S管的漏极与第一偏置电流源、第一PM0S 的栅极以及电流输入端连接；第三PM0S管的栅极与漏极相短接，同时第三PM0S管的栅极作 为电流压缩为电压后的输出端；第一PM0S管的源极接第一偏置电流源，且三个PM0S管的衬 底与源极均短接。
[0012] 作为另一种改进，所述对数压缩单元中的M0S管均为NM0S管，其分别为第三、第 四、第五NM0S管；所述第四NM0S管的栅极连接参考电压输入端，第四NM0S管的源极与第 五NM0S管的源极、第三NM0S管的漏极相连接，第四NM0S管的漏极与第一偏置电流源、第三 NM0S管的栅极以及电流输入端连接；第五NM0S管的栅极与漏极相短接，同时第五NM0S管 的栅极作为电流压缩为电压后的输出端；第三NM0S管的源极接地。
[0013] 本发明采用差分输入的结构，可以很好地抑制共模噪声，且不需要分别对两路信 号进行低通滤波处理再作差，而是通过采用跨导滤波的方法，在作差的同时完成滤波，减少 了一个电容的使用，体积小更容易集成。
【附图说明】
[0014] 为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作详细描述。
[0015] 图1为本发明的电路逻辑结构示意图；
[0016] 图2为本发明中一个对数压缩单元实施例的电路结构图；
[0017] 图3为本发明低通滤波单元的电路结构图；
[0018] 图4为本发明指数扩展单元的电路结构图；
[0019] 图5为本发明中另一个对数压缩单元实施例的电路结构图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用 于限定本发明。
[0021] 请参阅图1至图5,本发明是一种对数域差分低通滤波器，两个结构相同的对数压 缩单元，每个所述对数压缩单元的输入端与差分输入电流中的一路相接，所述对数压缩单 元对所输入的电流进行对数压缩转换得到压缩后的电压信号，并将压缩后的电压信号输入 至低通滤波单元中；
[0022] 所述低通滤波单元的输入端分别与两个对数压缩单元的输出端相连接，其将两路 压缩后的电压信号进行滤波和处理后，得到输出电压信号，并将该输出电压信号输出至指 数扩展单元中；
[0023] 所述指数扩展单元的结构与所述对数压缩单元的结构镜像对称，其对输出电压信 号进行扩展转换得到输出的电流信息并进行输出。
[0024] 本发明的工作原理主要包括如下步骤：
[0025] 第一步：两路差分输入电流ip、in经过同样的对数压缩单元将电流压缩为小摆幅 的差分电压信号vp、vn。
[0026] 第二步：将得到的差分电压信号作为低通滤波单元的输入信号，实现电压的低通 滤波v〇。
[0027] 第三步：对得到的输出电压进行指数扩展单元还原为电流信号io。
[0028] 第四步：偏置电流IB和IR可以分别实现对截止频率和增益的调节。
[0029] 进一步，所述对数压缩单元、低通滤波单元、指数扩展单元中均设有个M0S管，且 每个M0S管均工作在亚阈值区。由于低通滤波单元的M0S管都选择工作在亚阈值区，而且， 工作在亚阈区的M0S管漏极电流一般为pA级别或是nA级别，这就使得电流对电容的充电 能力很小，从而可以在很小的电容的条件下实现较低的截止频率；同时，亚阈区的M0S管响 应速度慢，这恰恰适合在低频的系统中工作，因此非常适合生物电信号处理系统。本发明工 作于亚阈区使得功耗和电源电压大大降低。
[0030] 进一步，所述对数压缩单元、低通滤波单元、指数扩展单元中分别接有第一、第二、 第三偏置电流源IA、IB、IR。指数扩展单元可通过偏置电流的调节实现增益可调；而低通滤 波单元可通过偏置电流的调节实现截止频率可调。
[0031] 作为一种改进，所述对数压缩单元中的M0S管均为PM0S管，其分别为第一、第二、 第三PM0S管；所述第二PM0S管（PM0S2)的栅极连接参考电压输入端，第二PM0S管（PM0S2) 的源极分别与第三PM0S的源极、第一PM0S的漏极相连接，第二PM0S管（PM0S2)的漏极与 第一偏置电流源、第一PM0S的栅极以及电流输入端连接；第三PM0S管（PM0S3)的栅极与漏 极相短接，同时第三PM0S管（PM0S3)的栅极作为电流压缩为电压后的输出端；第一PM0S管 (PM0S1)的源极接第一偏置电流源，且三个PM0S管的衬底与源极均短接。
[0032] 以本连接方式为例，在本发明中，对数压缩单元中3个PM0S管均工作在亚阈值区 且源极与衬底短接，实现精确的漏极电流与栅源电压的对数运算，从而实现电流到电压的 对数压缩变换。Vref作为共模电