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常見的片內(nèi)濾波器的設(shè)計帶寬都上兆赫茲，而幾十千赫茲帶寬的濾波器大多采用片外無源器件來實現(xiàn)。原因是低頻濾波器的時間常數(shù)巨大，在芯片內(nèi)占據(jù)大量的芯片面積。 在片內(nèi)實現(xiàn)巨大時間常數(shù)的通常辦法是采取大電阻小電容結(jié)合方式。因為大電阻可利用開關(guān)電容技術(shù)來實現(xiàn)。以前采用開關(guān)電容技術(shù)實現(xiàn)的濾波器有兩個明顯缺陷：其一是開關(guān)電容在信號通路中會引入大量噪聲，從而直接導(dǎo)致濾波器的線性度不高；其二是開關(guān)電容的時鐘頻率必須和后續(xù)的ADC頻率嚴格一致，否則會導(dǎo)致丟碼。 本文仍采用開關(guān)電容技術(shù)，但不放在信號通路中，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)。這樣既利用了開關(guān)電容可精確實現(xiàn)大電阻的功能，也消除了前面提到的2個缺陷，故可實現(xiàn)連續(xù)時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1所示。圖中， 為了降低電路的復(fù)雜度。圖l中的所有電阻均采用同一阻值，這樣，整個濾波器只需要一個控 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 電阻由控制電路部分實現(xiàn)，其控制電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中開關(guān)S1和S2可由兩相不交疊時鐘φ1和φ2分別控制，以對電容進行周期性充放電，從而使等效電阻 ；MOS管M工作在線性區(qū)，其電阻如下： RM和R可得到Ri的值。當(dāng)Ri＞Req，積分器呈正積分特性，運放的輸出電壓增大，VGS變大，RM變小，Ri變�。煌�，當(dāng)Ri 其中，T是時鐘周期，Ci為積分電容，C為等效電阻電容。為了提高電容匹配度，C和Ci應(yīng)采用同一單位電容組合，這樣，式(3)可變?yōu)椋?br /> 圖4所示為濾波器的線性度測試結(jié)果，它的輸入為間隔10 kHz的兩個帶內(nèi)單頻點信號，信號幅度為500 mVpp，輸出用示波器檢測。線性度測試結(jié)果為43 dB，可見，這種設(shè)計方案具有很高的線性度。 4 結(jié)束語 由于本文所設(shè)計的濾波器的時間常數(shù)只跟頻率和電容比值有關(guān)。因此只要改變時鐘頻率，就可以改變?yōu)V波器的中心頻率。另外，利用本文的方法，還可以將濾波器做在芯片里面，這樣，采用開關(guān)電容技術(shù)，其芯片的面積只需增加很小一部分。目前，本芯片已在SMIC0.18μm工藝下已開始流片量產(chǎn)。 |
