中心頻率可調(diào)的高線性度帶通濾波器設計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 中心頻率可調(diào)的高線性度帶通濾波器設計 0 引言 常見的片內(nèi)濾波器的設計帶寬都上兆赫茲，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)的通常方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電容技術(shù)來實現(xiàn)。以前采用開關電容技術(shù)實現(xiàn)的濾波器有兩個明顯缺陷：其一是開關電容在信號通路中會引入大量噪聲，從而直接導致濾波器的線性度不高；其二是開關電容的時鐘頻率必須和后續(xù)的ADC頻率嚴格一致，否則會導致丟碼。 本文仍采用開關電容技術(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

2、中的電阻采用R-MOS構(gòu)造，阻值可由控制電路調(diào)節(jié)。這樣既利用了開關電容可實現(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 濾波器構(gòu)造 該濾波器的整體構(gòu)造如圖l所示。圖中，整體構(gòu)造共3級，每為High-Q Opamp-R-C的二階帶通濾波器，通過級聯(lián)形成一個6階的Chebvshev I型濾波器。濾波器的整體傳遞函數(shù)如下： 為了降低電路的復雜度。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

3、改變。 2 電阻處理 電阻由控制電路部分實現(xiàn)，其控制電路構(gòu)造如圖2所示。其中開關S1和S2可由兩相不交疊時鐘1和2分別控制，以對電容開展周期性充放電，從而使等效電阻；MOS管M工作在線性區(qū)，其電阻如下： 通過RM和R可得到Ri的值。當RiReq，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變小。 圖2中R的作用是降低MOS管漏端的電壓，讓MOS管工作在線性區(qū)，以提高電阻RM的線性度。 圖l中的電阻Ri和圖2中的電阻Ri相同，它們都由控制信號VCtrl控制。圖1中的時間常數(shù)如下： 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應采用同一單位電容組合，這樣，式(3)可變?yōu)椋?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，這種設計方案具有很高的線性度。 4 結(jié)束語 由于本文所設計的濾波器的時間常數(shù)只跟頻率和電容比值有關。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