一种集成陷波滤波的放大电路及多频点陷波设计方法

本发明涉及集成电路与系统，尤其涉及一种集成陷波滤波的放大电路及多频点陷波设计方法。

背景技术：

1、陷波滤波器指的是一种可以在某一个频率点迅速衰减输入信号，以达到阻碍此频率信号通过的滤波器，是带阻滤波器的一种，它被广泛应用在移动通信、信号处理、信号传感等广阔技术领域。

2、近些年来，国内外开展了一系列关于上述领域的放大器以及陷波滤波器的研究，取得了很多研究成果。传统的如生物电信号前端放大电路往往是高增益的带通滤波放大器，然而此类放大器往往增益较大而带宽较小，尤其采集人体信号时，信号往往较微弱，且夹杂了众多干扰信号，特别是如电极接触噪声、工频信号干扰等，因此对有效信号的获取及处理面临较大难题；传统的无源陷波滤波器往往单级电路陷波频率只有一处，并且通带不具备电压增益，尤其是品质因数为定值且数值不高，从而导致陷波深度不够；另一方面，若简单地将陷波滤波器和放大器级联往往性能较差且复杂度较高。因此，在此背景下实现一款同时具有品质因数可调控、多频率点陷波滤波、通频带高增益及宽频的电路成为了一个所亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种集成陷波滤波的放大电路及多频点陷波设计方法。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种集成陷波滤波的放大电路，包括全差分运算放大器、差分转单端电路以及陷波负反馈阻抗网络；

4、所述全差分运算放大器的同相输入端接交流信号地，所述全差分运算放大器的反相输入端作为所述放大电路的输入端，通过输入电阻器与交流信号连接；

5、所述差分转单端电路的同相输入端连接全差分运算放大器的同相输出端，所述差分转单端电路的反相输入端连接全差分运算放大器的反相输出端，所述差分转单端电路的输出端作为所述放大电路的输出端；

6、所述陷波负反馈阻抗网络两端分别跨接在所述放大电路的输入端和输出端；所述陷波负反馈阻抗网络包括若干条并联的串联支路，一条串联支路对应一处陷波频率点，所述串联支路由电感器和电容器组成。

7、进一步地，所述陷波负反馈阻抗网络包括并联的第一串联支路、第二串联支路和反馈电阻器；

8、所述第一串联支路包括串联的第一电感器和第一电容器；所述第一串联支路包括串联的第二电感器和第二电容器；

9、所述陷波负反馈阻抗网络的等效电阻为r，通过调整所述输入电阻器与所述等效电阻r的比值，实现放大电路的通带增益调节。

10、进一步地，所述全差分运算放大器包括第一共源放大器、第二共源放大器、电流源电路、第一负载网络及第二负载网络；

11、所述第一共源放大器的输入端作为所述全差分运算放大器的同相输入端，所述第一共源放大器的输出端作为所述全差分运算放大器的反相输出端，且连接第一负载网络，所述第一共源放大器的第三端连接电流源电路；

12、所述第二共源放大器的输入端作为所述全差分运算放大器的反相输入端，所述第二共源放大器的输出端作为所述全差分运算放大器的同相输出端，且连接第二负载网络，所述第二共源放大器的第三端连接电流源电路。

13、进一步地，所述第一共源放大器采用第一mos管来实现，所述第二共源放大器采用第二mos管来实现，所述电流源电路采用第三mos管来实现，所述第三mos管的栅极连接偏置电压vb。

14、进一步地，所述第一负载网络与第二负载网络的电路结构相同且对称；负载网络包括第四mos管、第五mos管、第三电容器cb以及有源电感；

15、所述第四mos管的源极连接全差分运算放大器的输出端，漏极连接有源电感，栅极连接所述第五mos管的源极；

16、所述第五mos管的栅极和漏极均连接至电源；

17、所述第三电容器的两端分别连接在所述第四mos管的栅极和源极上。

18、进一步地，所述有源电感包括第六mos管和第一电阻器rs；

19、所述第六mos管的源极连接所述第四mos管的漏极，漏极与电源连接，栅极通过所述第一电阻器连接至电源。

20、进一步地，所述差分转单端电路包括第七mos管、第八mos管、第九mos管和第十mos管；

21、所述第七mos管的栅极作为所述差分转单端电路的反相输入端，漏极与电源连接，源极连接至所述第八mos管的漏极；

22、所述第八mos管的栅极与漏极连接，源极接地；

23、所述第九mos管的栅极作为所述差分转单端电路的同相输入端，漏极与电源连接，源极连接至所述第十mos管的漏极；

24、所述第十mos管的栅极与所述第八mos管的栅极连接，源极接地；

25、其中，所述第十mos管的漏极作为所述差分转单端电路的输出端。

26、进一步地，mos管为n型晶体管或者为p型晶体管。

27、进一步地，所述放大电路采用以下其中一种工艺来实现：硅基工艺、n型金属氧化物薄膜晶体管工艺、非晶硅或多晶硅薄膜晶体管工艺、p型有机薄膜晶体管工艺、cmos互补金属氧化物半导体工艺、碳纳米管工艺。

28、本发明所采用的另一技术方案是：

29、一种应用如上所述的一种集成陷波滤波的放大电路的多频点陷波设计方法，包括以下步骤：

30、在放大电路的输出端与反相输入端之间构建陷波负反馈阻抗网络；其中所述陷波负反馈阻抗网络的等效电阻为r；

31、确定陷波频点的构建需求，在所述陷波负反馈阻抗网络的两端口之间并联添加若干条串联支路，以在放大电路的电压传递函数中产生一个或多个零点，对输入信号进行有源陷波；

32、通过调整输入电阻器与等效电阻r的比值，实现放大电路的通带增益调节；

33、通过调节陷波负反馈阻抗网络中的各条串联支路中的电感值与电容值的乘积，以设置各零点的频率值，实现对额定频点的陷波。

34、本发明的有益效果是：本发明通过在放大电路中跨接负反馈阻抗网络，实现多频率点陷波滤波电路与放大电路，从而降低放大电路和陷波滤波电路级联的复杂度，并实现陷波品质因数可调控。另外，在放大器负载中添加有源电感，使得在保证增益的情况下，实现对放大器带宽的拓展。

技术特征：

1.一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，包括全差分运算放大器、差分转单端电路以及陷波负反馈阻抗网络；

2.根据权利要求1所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述陷波负反馈阻抗网络包括并联的第一串联支路、第二串联支路和反馈电阻器；

3.根据权利要求1所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述全差分运算放大器包括第一共源放大器、第二共源放大器、电流源电路、第一负载网络及第二负载网络；

4.根据权利要求3所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述第一共源放大器采用第一mos管来实现，所述第二共源放大器采用第二mos管来实现，所述电流源电路采用第三mos管来实现，所述第三mos管的栅极连接偏置电压vb。

5.根据权利要求3所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述第一负载网络与第二负载网络的电路结构相同且对称；负载网络包括第四mos管、第五mos管、第三电容器以及有源电感；

6.根据权利要求5所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述有源电感包括第六mos管和第一电阻器；

7.根据权利要求1所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述差分转单端电路包括第七mos管、第八mos管、第九mos管和第十mos管；

8.根据权利要求4-7任一项所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，mos管为n型晶体管或者为p型晶体管。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种集成陷波滤波的放大电路，其特征在于，所述放大电路采用以下其中一种工艺来实现：硅基工艺、n型金属氧化物薄膜晶体管工艺、非晶硅或多晶硅薄膜晶体管工艺、p型有机薄膜晶体管工艺、cmos互补金属氧化物半导体工艺、碳纳米管工艺。

10.一种应用如权利要求1-9任一项所述的一种集成陷波滤波的放大电路的多频点陷波设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种集成陷波滤波的放大电路及多频点陷波设计方法，属于集成电路与系统技术领域。其中放大电路包括全差分运算放大器、差分转单端电路以及陷波负反馈阻抗网络；全差分运算放大器的同相输入端接交流信号地，其反相输入端作为交流信号输入端，通过一个电阻器与交流信号连接；陷波负反馈阻抗网络两端分别跨接在全差分运算放大器的反相输入端和系统的信号输出端。与现有技术相比，本申请通过在放大电路中跨接负反馈阻抗网络，实现多频率点陷波滤波电路与放大电路，从而降低放大电路和陷波滤波电路级联的复杂度，并实现陷波品质因数可调控；另外在放大器负载中添加有源电感，使得在保证增益的情况下，实现对放大器带宽的拓展。

技术研发人员：赵明剑,史欣格,陈森隆,李斌
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17