頻率可自動調(diào)節(jié)的高線性度低通濾波器設(shè)計

摘要： 為提高在電力網(wǎng)載波通信系統(tǒng)中發(fā)射端低通濾波器的頻率響應(yīng)和線性度， 同時也為了節(jié)省成本， 文中給出了把低通濾波器放在芯片里面， 并通過使用電阻和MOS管級聯(lián)來組成一個可變電阻， 同時把MOS管放在反饋系統(tǒng)中來提高低通濾波器的線性度的低通濾波器的設(shè)計方法， 利用該方法設(shè)計的四階切比雪夫Ⅰ型低通濾波器的-3dB截止頻率為164kHz， 輸入輸出擺幅為1Vpp。

　　0 引言

　　低頻低通濾波器通常有兩種形式， 一種是開關(guān)電容型濾波器， 另一種是連續(xù)時間型濾波器。開關(guān)電容型濾波器的截止頻率由時鐘頻率和電容的比值來決定， 所以非常精確。但是它有兩個缺點(diǎn)： 首先， 由于它的采樣特性， 使得它在輸入端需要抗混疊濾波器且在輸出端需要平滑濾波器；其次， 時鐘饋通效應(yīng)和電荷注入效應(yīng)會使濾波器的線性度變差。而連續(xù)型濾波器則沒有上述缺點(diǎn)， 所以成為低頻濾波器設(shè)計的主流。

　　而低頻連續(xù)型低通濾波器的設(shè)計也有兩種形式： 一種是R-C-Opamp型， 這種實(shí)現(xiàn)形式在低頻應(yīng)用中， 為了實(shí)現(xiàn)大的時間常數(shù)， 通常要用大的電阻和電容， 故會占用大量芯片面積并增加成本； 而且， 由于截止頻率是由電阻和電容的絕對值來確定， 故在電壓、工藝和溫度變化時會有很大的偏差， 所以， 必須用很多控制字來調(diào)節(jié)截止頻率， 而這又增加了設(shè)計的復(fù)雜度； 另一種是RMOS-C-Opamp型， 這種結(jié)構(gòu)用電阻和MOS管來實(shí)現(xiàn)可變電阻， 不僅能夠降低芯片面積， 而且還能實(shí)現(xiàn)截止頻率的自動調(diào)節(jié)。

　　本文采用R-MOS-C-Opamp型結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，并且把可變電阻中的MOS管部分放在反饋系統(tǒng)中， 因而進(jìn)一步提高了濾波器的線性度。而在截至頻率的自動調(diào)節(jié)方面， 則利用開關(guān)電容電路來實(shí)現(xiàn)精確時間常數(shù)控制， 從而構(gòu)成了一個簡單而精確的主從型調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)。

　　1 可變電阻的實(shí)現(xiàn)

　　差分型可變電阻的實(shí)現(xiàn)可由四個處在線性區(qū)的MOS管M1， M2， M3， M4來實(shí)現(xiàn)， 圖1所示是差分型可變電阻的實(shí)現(xiàn)原理圖。這種結(jié)構(gòu)在理想匹配的情況下具有良好的線性度， 但是， 這種理想的情況在實(shí)際中是不存在的， MOS管之間的不匹配限制了它的線性度。其等效電阻的計算如式(1) 所示：

　　式中， Gi是處在線性區(qū)的MOS管Mi的跨導(dǎo)，其計算公式如下：

圖1 差分型可變電阻原理圖