[发明专利]一种跨导电容滤波器

说明书

本发明公开了一种跨导电容滤波器，涉及集成电路领域，包括恒定Gm偏置电路和主滤波器，恒定Gm偏置电路输出控制电压Vct到主滤波器。本发明通过采用恒定Gm偏置电路替代辅助PLL去偏置滤波器内部的跨导放大器(OTA)，减小了面积和功率消耗，增大了信号通路的信噪比，避免了锁定时钟的互相牵引，提高了Gm‑C滤波器的频率稳定精度。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其涉及一种跨导电容Gm-C滤波器。

背景技术

现有的大规模集成有源滤波器大致分三类，有源RC滤波器、有源MOSFET-C滤波器和Gm-C滤波器(跨导电容滤波器)。

有源RC滤波器在反馈环路上存在带有电阻和电容的运算放大器，运算放大器必须工作在环路增益高的低频区域，才能保证足够的精度。所以有源RC滤波器不适合于高频应用。其次，滤波器采用了无源元件，而无源元件的绝对精度比较低，绝对误差可能高达15％到20％，而且，RC滤波器中没有可调元件，唯一的方法是使用电阻或电容阵列，该方法电路消耗面积大，调谐精度有限。将有源RC滤波器中的电阻用工作在线性区的MOSFET进行代替，就形成了有源MOSFET-C滤波器。采用控制电压Vc控制MOSFET的栅极电压，可以调节电阻值并因此可以调节滤波器的频率。与有源RC滤波器一样，有源MOSFET-C滤波器也只适用于较低的频率，这就要求MOSFET的等效电阻大同时处于线性区，导致Vc的变化范围很小。

相对于有源RC滤波器和有源MOSFET-C滤波器，Gm-C滤波器能够达到极高的频率，调整Gm可以使滤波器在较宽的频率范围内调谐且达到频率特性精确稳定。传统的调谐型Gm-C滤波器由一个辅助的PLL来进行调谐，达到稳定频率特性的目的。基本的思路是，采用与滤波器相同或成比例的Gm(由跨导放大器OTA产生)和相同材料的电容C来构造辅助PLL中的压控振荡器VCO，在PLL环路锁定以后，VCO的输出频率Fvco的精度由外部晶振的频率精度确定。同时，Fvco＝Gm/2πC，将VCO中OTA的偏置电流镜像给滤波器中的OTA，理论上，滤波器的频率特性就和辅助PLL的输出频率特性基本一致，误差来源只和Gm以及电容C的失配相关。

但是，现有的Gm-C滤波器存在以下三点不足：

1、辅助PLL电路会带来较大的面积和功率消耗，增加了系统的复杂度。

2、辅助PLL输出锁定频率和滤波器的频率在同一个范围，VCO的输出摆幅通常较大，该信号注入到信号通路中，降低了信号通路的信噪比。

3、在存在滤波器的系统中，通常都存在系统主PLL，如果引入辅助PLL，在两个PLL的系统中，存在两个锁定时钟的互相牵引，降低了彼此输出时钟的纯度。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种跨导电容滤波器，减小面积和功率消耗，增大信号通路的信噪比，避免锁定时钟的互相牵引，达到提高Gm-C滤波器的频率稳定精度的目的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何减小面积和功率消耗，增大信号通路的信噪比，避免锁定时钟的互相牵引，达到提高Gm-C滤波器的频率稳定精度的目的。

为实现上述目的，发明人经研究发现，采用改进型恒定Gm偏置电路取代辅助PLL，合理的做好电容的匹配，可以得到较高的滤波器的频率稳定特性。因而，在本发明的一个实施例中，提供了一种跨导电容滤波器，包括恒定Gm偏置电路和主滤波器，所述恒定Gm偏置电路输出控制电压Vct到所述主滤波器。

可选地，在上述实施例中的跨导电容滤波器中，所述恒定Gm偏置电路包括PMOS管电流镜、电流镜旁路电容、NMOS管电流镜和开关电容，所述PMOS管电流镜和所述NMOS管电流镜连接，所述电流镜旁路电容连接所述PMOS管电流镜，滤除所述PMOS管电流镜的电流噪声，所述开关电容连接所述NMOS管电流镜。