何瑞濤，賈萃華,，于忠臣

（北京工業(yè)大學(xué)北京嵌入式系統(tǒng)重點實驗室,，北京 100022）

0 引言

常見的片內(nèi)濾波器的設(shè)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(xiàn),。原因是低頻濾波器的時間常數(shù)巨大,，在芯片內(nèi)占據(jù)大量的芯片面積。

在片內(nèi)實現(xiàn)巨大時間常數(shù)的通常辦法是采取大電阻小電容結(jié)合方式,。因為大電阻可利用開關(guān)電容技術(shù)來實現(xiàn),。以前采用開關(guān)電容技術(shù)實現(xiàn)的濾波器有兩個明顯缺陷：其一是開關(guān)電容在信號通路中會引入大量噪聲，從而直接導(dǎo)致濾波器的線性度不高,；其二是開關(guān)電容的時鐘頻率必須和后續(xù)的ADC頻率嚴格一致,，否則會導(dǎo)致丟碼。

本文仍采用開關(guān)電容技術(shù),，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(jié)構(gòu),，阻值可由控制電路精確調(diào)節(jié),。這樣既利用了開關(guān)電容可精確實現(xiàn)大電阻的功能,，也消除了前面提到的2個缺陷，故可實現(xiàn)連續(xù)時間濾波器較高的線性度,。

1 濾波器結(jié)構(gòu)
該濾波器的整體結(jié)構(gòu)如圖l所示,。圖中，,，整體結(jié)構(gòu)共3級,，每一級為High-Q Opamp-R-C的二階帶通濾波器，通過級聯(lián)形成一個6階的Chebvshev I型濾波器,。濾波器的整體傳遞函數(shù)如下：





為了降低電路的復(fù)雜度,。圖l中的所有電阻均采用同一阻值，這樣,，整個濾波器只需要一個控

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(xiàn),，其控制電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中開關(guān)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(qū),，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,；同理,，當Ri
圖2中R的作用是降低MOS管漏端的電壓,，讓MOS管工作在線性區(qū),，以提高電阻RM的線性度。

圖l中的電阻Ri和圖2中的電阻Ri相同,，它們都由控制信號VCtrl控制,。圖1中的時間常數(shù)如下：





其中，T是時鐘周期,，Ci為積分電容,，C為等效電阻電容。為了提高電容匹配度,，C和Ci應(yīng)采用同一單位電容組合,，這樣，式(3)可變?yōu)椋?br />
   

圖4所示為濾波器的線性度測試結(jié)果,，它的輸入為間隔10 kHz的兩個帶內(nèi)單頻點信號,，信號幅度為500 mVpp，輸出用示波器檢測,。線性度測試結(jié)果為43 dB,，可見，這種設(shè)計方案具有很高的線性度,。

4 結(jié)束語

由于本文所設(shè)計的濾波器的時間常數(shù)只跟頻率和電容比值有關(guān),。因此只要改變時鐘頻率，就可以改變?yōu)V波器的中心頻率,。另外,，利用本文的方法，還可以將濾波器做在芯片里面,，這樣,，采用開關(guān)電容技術(shù)，其芯片的面積只需增加很小一部分,。目前,，本芯片已在SMIC0.18μm工藝下已開始流片量產(chǎn)。