基于Switched-RC技術的0.8 V帶通濾波器

　　2.3 Switched-RC帶通濾波器

　　本文所設計的帶通濾波器用于心率檢測設備。濾波器起到放大心率信號和衰減干擾信號的功能。所處理的心率信號集中在20～80 Hz頻段，干擾信號則分布在低于7 Hz頻段和高于100 Hz頻段。利用Matlab工具得到符合要求的濾波器傳輸函數然后計算出具體電容值。該濾波器為三個雙二階子單元的級聯，其中第一和第二個子單元為雙二階帶阻濾波器，阻帶中心頻率分別為10 Hz和110 Hz。第三個子單元為雙二階低通濾波器，截止頻率為100 Hz。各個子單元均采用偽差分結構，子單元的具體電路如圖3和圖4所示。

　　表1給出了各個子單元的電容取值。基于Switched-RC技術實現的雙二階結構與傳統雙二階結構的主要改進方面是用電阻替代了浮動開關，解決了浮動開關高阻抗問題，實現低壓下正常工作，并且采樣支路和反饋支路電容采用了分離(split)的形式以保持恒定的共模電平。

 　　3 電路仿真結果

　　本文設計的濾波器幅頻響應如圖5所示，設計的濾波器有10 dB增益以達到放大弱信號作用。采用TSMC0.18 μm CMOS工藝對所設計的濾波電路進行仿真模擬。仿真結果表明：在0.8 V工作電壓下，濾波器功耗為0.9 mV，輸出擺幅可達1.2 Vp-p，通帶增益為10 dB，表2給出了具體仿真結果。

　　圖6給出了輸入信號為周期14 ms(66 Hz)，幅值Vp-p=2 mV方波時的差分輸出結果。可見，輸入的方波經過濾波器處理后，輸出為幅度放大的同頻率正弦波，達到設計要求。

　　4 結 語

　　基于開關電阻電容技術，設計了一種用于心率檢測沒備的低壓六階開關電容帶通濾波器。該濾波器采用偽差分結構，電源電壓為0.8 V，輸出擺幅可達1.2 Vp-p。仿真結果表明該濾波器完全滿足設計指標，適合在低電壓下工作。該設計有效解決了低電源電壓下MOS開關的導通問題，是低壓情況下開關電容濾波器的一種全新實現方案。