中心頻率可調的高線性度帶通濾波器設計

0 引言

　　常見的片內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。原因是低頻濾波器的時間常數巨大，在芯片內占據大量的芯片面積。

　　在片內實現巨大時間常數的通常辦法是采取大電阻小電容結合方式。因為大電阻可利用開關電容技術來實現。以前采用開關電容技術實現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，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結構，阻值可由控制電路精確調節。這樣既利用了開關電容可精確實現大電阻的功能，也消除了前面提到的2個缺陷，故可實現連續時間濾波器較高的線性度。

　　1 濾波器結構

　　該濾波器的整體結構如圖l所示。圖中，，，整體結構共3級，每一級為High-Q Opamp-R-C的二階帶通濾波器，通過級聯形成一個6階的Chebvshev I型濾波器。濾波器的整體傳遞函數如下：

　　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現，其控制電路結構如圖2所示。其中開關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，其電阻如下：

　　通過RM和R可得到Ri的值。當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變小。