可變帶寬OTA—C連續時間低通濾波器設計

　　2 跨導單元設計

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

　　本文采用經典的交叉耦合差動式COMS跨導器，其I/V傳輸特性有理想的線性關系。圖4中，M1和M2偏置電流為I;M3和M4偏置電流為nI。電路設計中，M1～M4有相同的溝道長度L，M3，M4的溝道寬度W=nL。設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值增大時，β值減小，式(4)中根號內的βX2項減小，跨導器線性度得到改善。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。

　　3 可編程電路設計

　　如圖5所示，OTA為跨導運算放大器，其跨導值可通過偏置電流(圖6所示電路)來調節。一般采用可變電阻完成，但傳統R-2R可變電阻結構需要大量的控制開關，增加了電路面積，并產生開關操作的功耗。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，電路基于三態門概念，端口除高、低電平，用懸空狀態產生第三種狀態，實現了27級變阻電路，總電阻表示為：

　　式中：表示第m個三態輸入產生的第n個進制狀態碼;Rm為第m個三態輸入驅動的權電阻(m=1，2，3;n=1，2)。

　　可編程電阻(RDAC)的輸出偏置電流：

　　又知跨導：

　　可見，在電源電壓確定的情況下，OTA的跨導值與輸入數據Rx成平方根倒數關系，跨導值隨著輸入數據的增大而減小。通過改寫輸入數據RDAC的值，即可實現26種(全零狀態禁用)變化電阻，達到改變偏置電流，產生跨導值的變化，最終實現濾波器帶寬的調節。

　　4 仿真結果

　　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時仿真結果，該濾波器50 MHz帶阻抑制為-40.49 dB，帶內波紋小于0.5 dB，功耗約為21 mW，滿足設計要求。圖9為濾波器帶寬調節為14 MHz的頻響曲線。

　　5 結語

　　設計中，采用跨導運算放大器實現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，帶內波紋小于0.5 dB，在低中頻結構接收器中，該頻率相對較高。同時濾波器帶寬可由外部可編程電路調節變化，與普通模擬濾波器電路相比，本文設計電路具有電路簡單，易于高集成，便于后期維護等優點，是OTA電路設計的未來發展趨勢，有著廣泛的應用前景。