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深圳市瑞申電子有限公司

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功率電感:可變帶寬OTA—C連續(xù)時間低通濾波器設(shè)計

時間:2014-11-04 14:09:11 點擊:
2 跨導(dǎo)單元設(shè)計

  功率電感線性度和帶寬是跨導(dǎo)運算放大器設(shè)計考慮的兩個主要方面。帶寬的大小和跨導(dǎo)值成正比,但增大跨導(dǎo)值會使芯片功耗變大,對于相同的傳輸函數(shù),增大電感器制作跨導(dǎo)值時,電容值也需要相應(yīng)的增大,從而增大了芯片面積。同時跨導(dǎo)值減小時,電容值也要減小,這對版圖匹配造成影響。

  本文采用經(jīng)典的交叉耦合差動式COMS跨導(dǎo)器,其I/V傳輸特性有理想的線性關(guān)系。圖4中,M1和M2偏置電流為I;M3和M4偏置電流為nI。電路設(shè)計中,M1~M4有相同的溝道長度L,M3,M4的溝道寬度W=nL。設(shè)Y1=i1/I,Y2=i2/I,X=Vid/Vb,則輸出電流Io=i1+i2的歸一化表達式為:

  

  可以看出,n值增大電感器生產(chǎn)時,β值減小,式(4)中根號內(nèi)的βX2項減小,跨導(dǎo)器線性度得到改善。n值越大,信號電流分量在M3,M4中所占比例越小,傳輸特性越接近理想狀態(tài)。

  

  3 可編程電路設(shè)計

  如圖5所示,OTA為跨導(dǎo)運算放大器,其跨導(dǎo)值可通過偏置電流(圖6所示電路)來調(diào)節(jié)。一般采用可變電阻完成,但傳統(tǒng)R-2R可變電阻結(jié)構(gòu)需要大量的控制開關(guān),增加了電路面積,并產(chǎn)生開關(guān)操作的功耗。本文采用一種新型微功耗硬件可編程變阻電路,如圖7所示,電路基于三態(tài)門概念,端口除高、低電平,用懸空狀態(tài)產(chǎn)生第三種狀態(tài),實現(xiàn)了27級變阻電路,總電阻表示為:

  

  式中:表示第m個三態(tài)輸入產(chǎn)生的第n個進制狀態(tài)碼;Rm為第m個三態(tài)輸入驅(qū)動的權(quán)電阻(m=1,2,3;n=1,2)。

  

  可編程電阻(RDAC)的輸出偏置電流:

  

  又知跨導(dǎo):

  

  可見,在電源電壓確定的情況下,OTA的跨導(dǎo)值與輸入數(shù)據(jù)Rx成平方根倒數(shù)關(guān)系,跨導(dǎo)值隨著輸入數(shù)據(jù)的增大而減小。通過改寫輸入數(shù)據(jù)RDAC的值,即可實現(xiàn)26種(全零狀態(tài)禁用)變化電阻,達到改變偏置電流,產(chǎn)生跨導(dǎo)值的變化,最終實現(xiàn)濾波器帶寬的調(diào)節(jié)。

  4 仿真結(jié)果

  上述電路,采用1.8 V電源,TSMC 0.18μmCMOS工藝庫仿真。圖8為該濾波器-3 dB帶寬26 MHz時仿真結(jié)果,該濾波器50 MHz帶阻抑制為-40.49 dB,帶內(nèi)波紋小于0.5 dB,功耗約為21 mW,滿足設(shè)計要求。圖9為濾波器帶寬調(diào)節(jié)為14 MHz的頻響曲線。

  

  5 結(jié)語

  設(shè)計中,采用跨導(dǎo)運算放大器實現(xiàn)了一種可變帶寬低通濾波器,最高帶寬為26 MHz,阻帶抑制率大于35 dB,帶內(nèi)波紋小于0.5 dB,在低中頻結(jié)構(gòu)接收器中,該頻率相對較高。同時濾波器帶寬可由外部可編程電路調(diào)節(jié)變化,與普通模擬濾波器電路相比,本文設(shè)計電路具有電路簡單,易于高集成,便于后期維護等優(yōu)點,是OTA電路設(shè)計的未來發(fā)展趨勢,有著廣泛的應(yīng)用前景。


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