高阶带宽可调开关电容带通滤波器的设计

发布时间：2020-07-26 17:37

【摘要】：随着集成电路工艺的突飞猛进,在传统信号处理领域广泛应用的模拟有源滤波器因为精度低、线性度差和噪声大的问题往往无法满足设计者的需求,开关电容滤波器逐渐走进研究者的视线。开关电容滤波器具有结构简单、易于集成、精度高的特点,受到越来越多设计者的关注和重视。本课题是为了设计一款能够应用于多普勒定位信号接口电路中的高阶带宽可调开关电容带通滤波器芯片。本课题首先对开关电容基本电路工作方式进行了理论推导,说明了开关电容电路相较于传统模拟电路的优势,并给出了开关电容电路Z域的等效模型便于之后的分析与设计。然后介绍了高阶滤波器的构成方式、对二阶双四结构进行分析和传递函数推导并针对开关电容电路中非理想因素进行了分析。接着根据设计指标,利用Matlab/Simulink对高阶带宽可调带通滤波器进行滤波器选型、参数设计以及建模,最终决定级联6级12阶高Q值二阶双四构完成本课题设计,通过Simulink建模、仿真,结果证明设计满足要求。最后,利用华虹0.35μm CMOS工艺完成了滤波器的电路和版图设计,设计采用全差分结构,以便利用全差分结构带来的优良特性。设计的子模块包括:全差分放大器、两相不交叠时钟、基准模块、二阶双四结构等。将所有子模块级联得到整体高阶带宽可调开关电容带通滤波器。对于版图设计,还应在整体滤波器外围加上IO、PAD、Sealring等,以完成整体版图设计,并在此基础上完成了DRC、LVS以及版图的后仿真验证。本课题设计的开关电容带通滤波器版图面积为2650μm×2950μm。版图后仿真验证结果表明:设计的开关电容带通滤波器通过改变输入时钟,能够使得滤波器通带能够在2KHz~200KHz调整;整体通带纹波在0.3d B左右;高通过渡带衰减为-76d B/2倍频,低通过渡带衰减为-84d B/2倍频。本课题设计的高阶带宽可调开关电容带通滤波器功能正确,性能满足设计指标要求。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713
【图文】：

滤波器结构,文献

国内外研究现状近年来，国内外研究学者都积极投身到开关电容滤波器研究领域，开关器的设计也被认为是集成电路设计最为成功的方向之一[22]。对其研究分为两大类，一是降低电路功耗；二是改善电路结构。改善结构主要从几个关键指标着手：带宽、带负载能力、复杂的零极点实现等，结构的了使滤波器能够在适应目前复杂的应用场合。降低功耗是当今集成电路流方向之一[23]，因此要使得开关电容滤波器能够广泛适用也必须紧跟流。对于国内外的研究现状，也主要从以上两个方面进行阐述。. 国外研究现状功耗的研究017 年，多伦多大学研究团队第一次将复共轭极点滤波器通过开关电容式实现，此种方式实现的同时大大降低了整体电路的功耗。实现的滤波下图 1-1 所示[24]。

电路结构,文献,滤波器,逼近特性

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文电阻实现降低功耗的同时，还达到较好的温度特性。整个偏置.2nW。的改善]中在开关电容滤波器中间加上一部分有源结构，使得滤波器的零极点，因此滤波器的逼近特性更趋近与理想，相比于不加宽能够更大，同时因为有源模块的加入，整体滤波器速度也得出的结构如图 1-2 所示。

电路结构,文献,低通,放大器

图 1-3 文献[32]提出的电路结构，设计了一种能够应用于传感器的低功耗 4 阶贝 AB 类放大器，通过改善放大器和共模反馈结构来使用 0.6μmBi-CMOS 工艺进行流片，整体面积为整体功耗为 5.54mW。设计了一款能够应用于微传感器的开关电容低通8KHz 时，此时低通截止频率为 1KHz。该设计中术，使得滤波器中的非理想因素得到良好的改善，得到了很大的提升。最终设计出来的滤波器通带增置误差降为原来的千分之一，由 2mV 变为 2μV。关电容低通椭圆滤波器，主要应用于医疗电子。文算放大器相结合，使得滤波器具有良好的选频特HZ 以上的信号有很好的抑制效果。文献[36]设计关电容滤波器，设计对于时钟馈通引起的电路非线

【参考文献】