可变带宽OTA—C低通滤波器电路

　　实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容（OTA—C）连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0.5 dB，采用1.8 V电源，TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。射频接收机质量被认为是影响整个系统成本和性能的主要因素。随着无线通信移动终端朝着小尺寸、低成本、低功耗方向发展，射频前端系统中的集成滤波器设计显得十分重要。其中，基于CMOS工艺的设计方案以其成本和功耗的优势，已成为有源滤波器设计选择的主流方向。

　　滤波器电路

　　梯形结构电路的元件参数灵敏度低，实现时不用考虑传输函数零极点的配对，设计方便，在宽带滤波器设计中有一定的优越性。跳耦结构电路具有较小的寄生敏感度和较大的动态范围。本文低通滤波器设计采用信号流程图方式实现梯形跳耦结构。本文考虑到无源LC滤波电路有优良的灵敏度特性，并且LC电路设计理论非常成熟。所以本文采用LC梯形电路法设计电路。首先根据滤波器指标参数，查表得LC梯形滤波器电路和参数，后对此电路做状态变量分析，写出其电路电压方程，依据状态方程得出相应的信号流图，然后应用跨导运放和电容实现型号流图中的积分器，模拟状态变量。可实现无源LC梯形滤波器到跨导-电容滤波器的模拟变化。查阅滤波器工具书得出，需要采用七阶Butterworth低通滤波器。本文以-3 dB带宽为26 MHz时，50 MHz幅频曲线以-40 dB予以说明。根据上述性能要求，查阅滤波器工具书得出，需要采用七阶Butterworth低通滤波器，原型电路如图1所示。

　　类似式（1）、式（2）可以得V3～V7的状态方程。图3电路为最终实现电路。模拟电阻Ⅲ采用跨导Gm，实现负反馈运放等效代替，电路仅由跨导运放和电容元件来实现七阶Butterworth滤波器，其中OTA跨导值的大小可以通过其偏置电流得到精确调节。

　　跨导单元设计

　　线性度和带宽是跨导运算放大器设计考虑的两个主要方面。带宽的大小和跨导值成正比，但增大跨导值会使芯片功耗变大，对于相同的传输函数，增大跨导值时，电容值也需要相应的增大，从而增大了芯片面积。同时跨导值减小时，电容值也要减小，这对版图匹配造成影响。

　　本文采用经典的交叉耦合差动式COMS跨导器，其I/V传输特性有理想的线性关系。图4中，M1和M2偏置电流为I;M3和M4偏置电流为 nI。电路设计中，M1～M4有相同的沟道长度L，M3，M4的沟道宽度W=nL。设Y1=i1/I，Y2=i2/I，X=Vid/Vb，则

　　可见，在电源电压确定的情况下，OTA的跨导值与输入数据Rx成平方根倒数关系，跨导值随着输入数据的增大而减小。通过改写输入数据RDAC的值，即可实现26种（全零状态禁用）变化电阻，达到改变偏置电流，产生跨导值的变化，最终实现滤波器带宽的调节。
电子发烧友网技术编辑点评分析：

　　采用跨导运算放大器实现了一种可变带宽低通滤波器，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0.5 dB，最高带宽为26 MHz，在低中频结构接收器相对较高。滤波器带宽可由外部可编程电路调节变化，本文设计电路具有电路简单，易于高集成，便于后期维护等优点，是OTA电路设计的未来发展趋势，有着广泛的应用前景。
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