专利名称：一种基于负反馈的二阶带通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟滤波器技术领域，特别是一种基于负反馈的二阶带通滤波器。
背景技术：
通常，二阶带通滤波器(带通双二阶单元)传输函数如下
AH O) =--
ο UJn->
S2+
Qo(1)公式(1)中可知二阶带通滤波器要有复数极点，因此要求一个晶体管级双二阶单元中要有可以综合复数极点的电路结构。在实际应用中，对高阶滤波器的需求更多。通常二阶带通滤波器主要应用在采用级联法设计高阶低通滤波器中。有关有源滤波器的级联法和电感替代法设计高阶滤波器相关知识可参考 Deliyannis, T. , Sun, Y. , and Fidler, J. , K. 'Continuous-Time Active Filter Design' Boca Raton, FL :CRC，1999。在传统超外差接收机在第一次变频之后要通过一级带通滤波器实现选频，通常采用片外声表面波滤波器(SAW filter)，硬件代价很大。目前集成电路朝着片上全集成 (System on Chip)方向发展，由片上全集成带通滤波器取代片外声表面波滤波器。Le-Thai 在参考文献《Ha Le-Thai,Huy-Hieu Nguyen,Hoai-Nam Nguyen,Hong-Soon Cho, Jeong-Seon Lee, and Sang-Gug Lee,"An IF Bandpass Filter Based on a Low Distortion Transconductor，”IEEE Journal of Solid-State Circuits，pp. 2250-2261，Nov. 2010》中描述了一种四阶带通滤波器，共由七个跨导单元组成，而每一个跨导单元如图1所示，包括 16个晶体管组成的主电路、4个晶体管组成的抵消主电路输出节点阻抗的对称负阻抗电路和8个晶体管组成的共模反馈电路。存在的主要问题是(1)需要共模反馈电路；(2)晶体管数量之多，电路复杂。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于负反馈的二阶带通滤波器，可在不增加共模反馈电路的情况下，有效降低滤波器单元的功耗。为实现上述目的，本发明提供了一种负反馈的二阶带通滤波器，其特征在于，采用 PMOS管实现，该二阶带通滤波器包括第一 PMOS管M31、第二 PMOS管Μ&、第三PMOS管M21、第四PMOS管M2r、第五PMOS管Mu、第六PMOS管Mlr、第一电容Cu、第二电容C21、第三电容C2r, 第四电容Cy第一电流源Ibl和第二电流源Ib2 ；其中，第一 PMOS管M31的漏极接输出节点的负端V。p，第一 PMOS管M31的栅极接输入节点的正端Vip，第一 PMOS管M31的源极接电源电压 VDD ；第二 PMOS管M3,的漏极接输出节点的正端V。p，第二 PMOS管M3,的栅极接输入节点的负端Vin，第二 PMOS管M3,的源极接电源电压VDD ；第三PMOS管M21的栅极接输出节点的负端Von,第三PMOS管M21的源极接电源电压VDD ；第四PMOS管M2,的栅极接输出节点的正端V。p， 第四PMOS管M2,的源极接电源电压VDD ’第五PMOS管M11的漏极接地电压GND，第五PMOS管 M11的源极接输出节点的负端V。n ；第六PMOS管Mt的漏极接地电压GND，第六PMOS管的源极接输出节点的正端V。p ；第一电容C11的负极接地电压GND ；第二电容C21的正极接输出节点的负端V。n，第二电容C21的负极接地电压GND ；第三电容的正极接输出节点的正端 V。p，第三电容(^的负极接地电压GND ；第四电容Q的负极接地电压GND ；第一电流源Ibl的正极、第三PMOS管M21的漏极、第五PMOS管M11的栅极和第一电容C11的正极连接在一起， 第一电流源Ibl的负极接地电压GND ；第二电流源Ib2的正极、第四PMOS管M2r的漏极、第六 PMOS管的栅极和第二电容C21的正极连接在一起，第二电流源Ib2的负极接地电压GND。本发明还提出了另一种负反馈的二阶带通滤波器，其特征在于，采用NMOS管实现，该二阶带通滤波器包括第一 NMOS管M31、第二 NMOS管Μ&、第三NMOS管M21、第四NMOS管 Μ&、第五NMOS管Mu、第六NMOS管礼”第一电容Cu、第二电容C21、第三电容C&、第四电容(^、 第一电流源Ibl和第二电流源Ib2 ；其中，第一 NMOS管M31的漏极接输出节点的负端V。p，第一 NMOS管M31的栅极接输入节点的正端Vip，第一 NMOS管M31的源极接地电压GND ；第二 NMOS 管M3r的漏极接输出节点的正端V。p，第二 NMOS管的栅极接输入节点的负端Vin，第二 NMOS 管1的源极接地电压GND ；第三NMOS管M21的栅极接输出节点的负端V。n，第三NMOS管M21 的源极接地电压GND ；第四NMOS管M2r的栅极接输出节点的正端V。p，第四NMOS管M2r的源极接地电压GND ；第五NMOS管M11的漏极接电源电压VDD，第五NMOS管M11的源极接输出节点的负端V。n ；第六NMOS管Mt的漏极接电源电压VDD，第六NMOS管的源极接输出节点的正端V。p ；第一电容C11的负极接电源电压VDD ；第二电容Q1的正极接输出节点的负端V。n， 第二电容C21的负极接电源电压VDD ；第三电容C2,的正极接输出节点的正端V。p，第三电容 C2r的负极接电源电压VDD ；第四电容Q的负极接电源电压VDD ；第一电流源Ibl的正极、第三NMOS管M21的漏极、第五NMOS管M11的栅极和第一电容C11的正极连接在一起，第一电流源Ibl的负极接电源电压VDD ；第二电流源Ib2的正极、第四NMOS管^的漏极、第六NMOS管 Mlr的栅极和第二电容C21的正极连接在一起，第二电流源Ib2的负极接电源电压VDD。本发明的特点及效果本发明基于负反馈技术，不需要共模反馈电路，有效地降低功耗；仅仅使用了八个晶体管实现一个双二阶单元，要实现四阶带通滤波器仅需要十六个晶体管，结构对称简单， 易于设计，有效地降低了带通滤波器电路结构的复杂度。本发明还可以进一步控制第一 PMOS管和第二 PMOS管与第五PMOS管和第六PMOS 管的跨导比例来调整通带增益。
图1是已有的带通滤波器中跨导单元的示意图；图2是本发明提出的一种基于负反馈的二阶带通滤波器的示意图；图3是本发明提出的一种基于负反馈的二阶带通滤波器的示意图；图4是本发明提出的4阶有源带通滤波器的幅度传输曲线。
具体实施例方式本发明的负反馈的二阶带通滤波器结合附图及实施例详细说明如下本发明提出的一种负反馈的二阶带通滤波器，如图2所示，其特征在于，采用PMOS 管实现，该二阶带通滤波器包括第一PMOS管M31、第二PMOS管Μ&、第三PMOS管M21、第四PMOS 管M2r、第五PMOS管Mu、第六PMOS管Mlr、第一电容Cu、第二电容C21、第三电容C2r、第四电容 Cy第一电流源Ibl和第二电流源Ib2 ；其中，第一 PMOS管M31的漏极接输出节点的负端V。p， 第一 PMOS管M31的栅极接输入节点的正端Vip，第一 PMOS管M31的源极接电源电压VDD ；第二 PMOS管的漏极接输出节点的正端V。p，第二 PMOS管的栅极接输入节点的负端Vin， 第二 PMOS管M3,的源极接电源电压VDD ；第三PMOS管M21的栅极接输出节点的负端V。n，第三PMOS管M21的源极接电源电压VDD ；第四PMOS管M2r的栅极接输出节点的正端V。p，第四 PMOS管M2,的源极接电源电压VDD ’第五PMOS管M11的漏极接地电压GND，第五PMOS管M11 的源极接输出节点的负端V。n ；第六PMOS管的漏极接地电压GND，第六PMOS管的源极接输出节点的正端V。p ；第一电容C11的负极接地电压GND ；第二电容C21的正极接输出节点的负端V。n，第二电容C21的负极接地电压GND ；第三电容的正极接输出节点的正端V。p， 第三电容(^的负极接地电压GND ；第四电容Q的负极接地电压GND ；第一电流源Ibl的正极、第三PMOS管M21的漏极、第五PMOS管M11的栅极和第一电容C11的正极连接在一起，第一电流源Ibl的负极接地电压GND ；第二电流源Ib2的正极、第四PMOS管M2r的漏极、第六PMOS 管Mt的栅极和第二电容C21的正极连接在一起，第二电流源Ib2的负极接地电压GND。本发明提出的另一种负反馈的二阶带通滤波器如图3所示，其特征在于，采用 NMOS管实现，该二阶带通滤波器包括第一 NMOS管M31、第二 NMOS管Μ&、第三NMOS管M21、第四匪OS管Μ&、第五匪OS管Mu、第六匪OS管My第一电容Cu、第二电容C21、第三电容C&、第四电容Cy第一电流源Ibl和第二电流源Ib2 ；其中，第一 NMOS管M31的漏极接输出节点的负端 V。p，第一 NMOS管M31的栅极接输入节点的正端Vip，第一 NMOS管M31的源极接地电压GND ；第二 NMOS管的漏极接输出节点的正端V。p，第二 NMOS管的栅极接输入节点的负端Vin， 第二 NMOS管M3,的源极接地电压GND ；第三NMOS管M21的栅极接输出节点的负端V。n，第三 NMOS管M21的源极接地电压GND ；第四NMOS管的栅极接输出节点的正端V。p，第四NMOS 管M2,的源极接地电压GND ’第五匪OS管M11的漏极接电源电压VDD，第五匪OS管M11的源极接输出节点的负端V。n ；第六NMOS管Mt的漏极接电源电压VDD，第六NMOS管的源极接输出节点的正端V。p ；第一电容C11的负极接电源电压VDD ；第二电容C21的正极接输出节点的负端V。n，第二电容C21的负极接电源电压VDD ；第三电容C2,的正极接输出节点的正端 V。p，第三电容(^的负极接电源电压VDD ；第四电容Q的负极接电源电压VDD ；第一电流源 Ibl的正极、第三NMOS管M21的漏极、第五NMOS管M11的栅极和第一电容C11的正极连接在一起，第一电流源Ibl的负极接电源电压VDD ；第二电流源Ib2的正极、第四NMOS管^的漏极、 第六NMOS管Mt的栅极和第二电容C21的正极连接在一起，第二电流源Ib2的负极接电源电压 VDD。为了更加详细地说明本发明实施例提供的双二阶单元可以实现带通滤波器，进行如下定量分析。如图2所示，假如忽略输出跨导及晶体管的寄生电容，并且设PMOS管M31和 M3r的跨导为^l3，设PMOS管M21和M2r的跨导为^l2，设PMOS管M11和的跨导为gml，电容 C11和Q的电容值为C1,电容C21和的电容值为C2,由此可以得到滤波器的S域传输函数(即变量为s的函数H(S))
权利要求
1.一种负反馈的二阶带通滤波器，其特征在于，采用PMOS管实现，该二阶带通滤波器包括第一 PMOS 管(M31)、第二 PMOS 管(Μ&)、第三 PMOS 管(M21)、第四 PMOS 管(Μ&)、第五 PMOS 管(M11)、第六PMOS管(Mlr)、第一电容(C11)、第二电容(C21)、第三电容(C2r)、第四电容(Clr)、 第一电流源(Ibl)和第二电流源(Ib2)；其中，第一 PMOS管(M31)的漏极接输出节点的负端 (V。p)，第一 PMOS管(M31)的栅极接输入节点的正端(Vip)，第一 PMOS管(M31)的源极接电源电压(VDD)；第二 PMOS管(MJ的漏极接输出节点的正端(V。p)，第二 PMOS管(M&)的栅极接输入节点的负端(Vin)，第二 PMOS管(M3r)的源极接电源电压(VDD)；第三PMOS管(M21)的栅极接输出节点的负端(VJ，第三PMOS管(M21)的源极接电源电压(VDD)；第四PMOS管(M2,) 的栅极接输出节点的正端(V。p)，第四PMOS管(M&)的源极接电源电压(VDD)；第五PMOS管 (M11)的漏极接地电压(GND)，第五PMOS管(M11)的源极接输出节点的负端(Vj ；第六PMOS 管(MJ的漏极接地电压(GND)，第六PMOS管(MJ的源极接输出节点的正端(V。p)；第一电容(C11)的负极接地电压(GND)；第二电容(C21)的正极接输出节点的负端(VJ，第二电容 (C21)的负极接地电压(GND)；第三电容(C2r)的正极接输出节点的正端(V。p)，第三电容(C2r) 的负极接地电压(GND)；第四电容(Clr)的负极接地电压(GND)；第一电流源(Ibl)的正极、 第三PMOS管(M21)的漏极、第五PMOS管(M11)的栅极和第一电容(C11)的正极连接在一起， 第一电流源(Ibl)的负极接地电压(GND)；第二电流源(Ib2)的正极、第四PMOS管(M&)的漏极、第六PMOS管(MJ的栅极和第二电容(C21)的正极连接在一起，第二电流源(Ib2)的负极接地电压(GND)。
2.一种负反馈的二阶带通滤波器，其特征在于，采用NMOS管实现，该二阶带通滤波器包括第一 NMOS 管(M31)、第二 NMOS 管(Μ&)、第三 NMOS 管(M21)、第四 NMOS 管(Μ&)、第五 NMOS 管(M11)、第六NMOS管(Mlr)、第一电容(C11)、第二电容(C21)、第三电容(C2r)、第四电容(Clr)、 第一电流源(Ibl)和第二电流源(Ib2)；其中，第一 NMOS管(M31)的漏极接输出节点的负端 (V。p)，第一 NMOS管(M31)的栅极接输入节点的正端(Vip)，第一 NMOS管(M31)的源极接地电压(GND)；第二 NMOS管(M3r)的漏极接输出节点的正端(V。p)，第二 NMOS管(M3r)的栅极接输入节点的负端(Vin)，第二 NMOS管(M&)的源极接地电压(GND)；第三NMOS管(M21)的栅极接输出节点的负端(VJ，第三NMOS管(M21)的源极接地电压(GND)；第四NMOS管(M2r)的栅极接输出节点的正端(V。p)，第四NMOS管(M2r)的源极接地电压(GND)；第五NMOS管(M11) 的漏极接电源电压(VDD)，第五NMOS管(M11)的源极接输出节点的负端(V。n)；第六NMOS管 (Mlr)的漏极接电源电压(VDD)，第六NMOS管(MJ的源极接输出节点的正端(V。p)；第一电容(C11)的负极接电源电压(VDD)；第二电容(C21)的正极接输出节点的负端(V。n)，第二电容(C21)的负极接电源电压(VDD)；第三电容(C2,)的正极接输出节点的正端(V。p)，第三电容 (C2r)的负极接电源电压(VDD)；第四电容(Clr)的负极接电源电压(VDD)；第一电流源(Ibl) 的正极、第三NMOS管(M21)的漏极、第五NMOS管(M11)的栅极和第一电容(C11)的正极连接在一起，第一电流源(Ibl)的负极接电源电压(VDD)；第二电流源(Ib2)的正极、第四NMOS管 (M2r)的漏极、第六NMOS管(MJ的栅极和第二电容(C21)的正极连接在一起，第二电流源 (Ib2)的负极接电源电压(VDD)。
全文摘要
本发明涉及一种基于负反馈的二阶带通滤波器，属于模拟滤波器设计领域。采用PMOS管或NMOS管实现，该二阶带通滤波器包括第一NMOS管M3l、第二NMOS管M3r、第三NMOS管M2l、第四NMOS管M2r、第五NMOS管M1l、第六NMOS管M1r、第一电容C1l、第二电容C2l、第三电容C2r、第四电容C1r、第一电流源Ib1和第二电流源Ib2；本发明基于负反馈技术，不需要共模反馈电路，有效地降低功耗；仅仅使用了八个晶体管实现一个双二阶单元，要实现四阶带通滤波器仅需要十六个晶体管，结构对称简单，易于设计，有效地降低了带通滤波器电路结构的复杂度；还可以通过控制第一PMOS管和第二PMOS管与第五PMOS管和第六PMOS管的跨导比例来调整通带增益。
文档编号H03H7/12GK102158193SQ20111010116
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者张莉, 杨佳乐, 王燕, 钱鹤, 陈勇 申请人:清华大学