[发明专利]一种用于全差分Gm‑C滤波器的四输入跨导放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器。

背景技术

近十年来，随着无线通信技术的快速发展以及集成电路工艺的不断进步，催生出交叉学科无线传感器网络(WSN)技术。WSN技术由于其分布式、自组织和低成本的特点，对其核心模块无线射频收发机提出了低功耗、高集成度和低成本的设计要求。模拟集成滤波器作为接收机中的重要模块，位于下混频的后级、可变增益放大器的前级。下混频后的中频信号除有用信道信号外，还包含带外干扰信号，如不加以滤除会造成后级电路的增益饱和以及干扰正常的信号解调。而模拟集成滤波器正是实现滤除带外干扰信号的功能。

目前对于模拟集成滤波器的研究主要分为有源RC滤波器和Gm-C滤波器两个方面。有源RC滤波器中，运算放大器工作在闭环负反馈状态，可以为滤波器提供很高的线性度，但同时也带来滤波器带宽的限制和功耗的恶化，因此限制了有源RC滤波器主要用于1MHz～10MHz的频率范围内。Gm-C滤波器中跨导放大器工作在开环状态，不受闭环带宽的限制，工作频率高，同时可以保持较低的功耗，因此越来越受研究者的关注。设计Gm-C滤波器的方法有很多种，如二阶单元级联法、跳耦法、多积分器反馈法。但是无论采用何种方法，都不可避免信号反馈环路的存在，同时为了提高抗干扰能力，射频接收机中的Gm-C滤波器普遍采用全差分结构。为了实现差分负反馈的功能，通常需要采用两个相同跨导值的差分跨导放大器输出并联来实现输出电流的相减功能，即构成了四输入端口两输出端口的全差分跨导放大器。常用的高性能跨导放大器如基于电流传输器的高线性跨导放大器由电压电流转换级和电流输出级构成。采用传统的滤波器设计方式，直接并联两个相同的两输入跨导放大器将造成功耗的增加，不符合低功耗的设计要求。因此设计一种低功耗的四输入跨导放大器具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对传统全差分Gm-C滤波器中并联相同跨导放大器实现的四输入跨导放大器的高功耗缺陷，本发明提出了一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器，是一种通过共享电流输出级的低功耗、高线性度的四输入端口跨导放大器，采用基于电流传输器的高线性度跨导放大器，通过共享电流输出级，在实现差分电流相加减的功能的同时，有效地减少了电路的功耗和面积。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于全差分Gm-C滤波器的四输入跨导放大器，包括两个差分电压电流转换级和一个共享电流输出级，分别称两个差分电压电流转换级为电压电流转换级A和电压电流转换级B；两个差分电压电流转换级均由超级源跟随器和无源电阻构成，超级源跟随器通过反馈精确复制差分输入电压，施加到无源电阻上后转化为差分输出电流；电压电流转换级A的差分输出电流为电压电流转换级B的差分输出电流为电压电流转换级A和电压电流转换级B输出的电流通过直接并联的形式实现电流的加减，然后经过共享电流输出级输出到高阻抗的输出节点；该四输入跨导放大器的差分输出电流为：

其中，为电压电流转换级A的差分输入信号，为电压电流转换级B的差分输入信号，R_A为电压电流转换级A的无源电阻，R_B为电压电流转换级B的无源电阻，g_A＝1/R_A，g_B＝1/R_B。

该四输入跨导放大器的功能相当于将两个差分跨导放大器的输出电流相减(若交换同相和反相端则实现将两个差分跨导放大器的输出电流相加的功能)，这取代了传统Gm-C滤波器设计中，直接将两个相同的差分跨导放大器输出并联来实现电流相减的功能。

该四输入跨导放大器的具体电路为：

第一PMOS晶体管PM1的栅极、第二PMOS晶体管PM2的栅极、第三PMOS晶体管PM3的栅极、第四PMOS晶体管PM4的栅极、第五PMOS晶体管PM5的栅极和第六PMOS晶体管PM6的栅极相连后并接入偏置电压V_bp，第一PMOS晶体管PM1的源极、第二PMOS晶体管PM2的源极、第三PMOS晶体管PM3的源极、第四PMOS晶体管PM4的源极、第五PMOS晶体管PM5的源极和第六PMOS晶体管PM6的源极相连后并接入电源电压Vdd；