中心頻率可調(diào)的高線性度帶通濾波器設(shè)計(jì)

0 引言

　　常見(jiàn)的片內(nèi)濾波器的設(shè)計(jì)帶寬都上兆赫茲，而幾十千赫茲帶寬的濾波器大多采用片外無(wú)源器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。原因是低頻濾波器的時(shí)間常數(shù)巨大，在芯片內(nèi)占據(jù)大量的芯片面積。

　　在片內(nèi)實(shí)現(xiàn)巨大時(shí)間常數(shù)的通常辦法是采取大電阻小電容結(jié)合方式。因?yàn)榇箅娮杩衫瞄_(kāi)關(guān)電容技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。以前采用開(kāi)關(guān)電容技術(shù)實(shí)現(xiàn)的濾波器有兩個(gè)明顯缺陷：其一是開(kāi)關(guān)電容在信號(hào)通路中會(huì)引入大量噪聲，從而直接導(dǎo)致濾波器的線性度不高；其二是開(kāi)關(guān)電容的時(shí)鐘頻率必須和后續(xù)的ADC頻率嚴(yán)格一致，否則會(huì)導(dǎo)致丟碼。

　　本文仍采用開(kāi)關(guān)電容技術(shù)，但不放在信號(hào)通路中，而是將其放到控制電路中。其主通路中的電阻采用R-MOS結(jié)構(gòu)，阻值可由控制電路精確調(diào)節(jié)。這樣既利用了開(kāi)關(guān)電容可精確實(shí)現(xiàn)大電阻的功能，也消除了前面提到的2個(gè)缺陷，故可實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間濾波器較高的線性度。

　　1 濾波器結(jié)構(gòu)

　　該濾波器的整體結(jié)構(gòu)如圖l所示。圖中，，，整體結(jié)構(gòu)共3級(jí)，每一級(jí)為High-Q Opamp-R-C的二階帶通濾波器，通過(guò)級(jí)聯(lián)形成一個(gè)6階的Chebvshev I型濾波器。濾波器的整體傳遞函數(shù)如下：

　　由于該電阻的值隨PVT的變化很大，因此，為了使濾波器的頻響特性不受PVT變化的影響，則要求電阻值不隨PVT變化。為此，需要討論如何保證電阻值不隨PVT改變而改變。

　　2 精確電阻處理

　　精確電阻由控制電路部分實(shí)現(xiàn)，其控制電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中開(kāi)關(guān)S1和S2可由兩相不交疊時(shí)鐘φ1和φ2分別控制，以對(duì)電容進(jìn)行周期性充放電，從而使等效電阻；MOS管M工作在線性區(qū)，其電阻如下：

　　通過(guò)RM和R可得到Ri的值。當(dāng)Ri>Req，積分器呈正積分特性，運(yùn)放的輸出電壓增大，VGS變大，RM變小，Ri變小。