頻率可自動調節(jié)的高線性度低通濾波器設計

　　從這個傳輸函數(shù)可以看出， 它的線性度依賴于電阻R2/R1的相對比值。式子的右邊形成了T/T+1的形式， 這就意味著由于MOS管所引入的非線性位于反饋環(huán)路的里面， 環(huán)路增益T=A (R1||ZX)/(R1||ZX+R2) 在濾波器的帶寬內有效減小了MOS管的Vds， 從而提高了線性度。但是， 這種線性度的提高會隨著輸入頻率的增加而減弱。當輸入信號頻率到達濾波器的截止頻率時， 環(huán)路增益T將變成單位1， 從而失去提高線性度的作用。

　　2.2 自動調節(jié)電路

　　本文所設計的自動調節(jié)電路利用開關電容來實現(xiàn)精確時間常數(shù)的控制， 從而實現(xiàn)一個主從結構的自動調節(jié)網絡。其結構如圖4所示。圖4上面的部分左邊是連續(xù)時間通路和開關電容通路， 連續(xù)時間通路的時間常數(shù)是ReqCint， 開關電容通路的時間常數(shù)是Cint/fclkC1。兩個時間常數(shù)的差會反映成積分器的輸出端電壓， 這個電壓通過右面的電路可形成電流舵MOS管的控制電壓Vc+和Vc-，從而改變連續(xù)時間通路的時間常數(shù)。當平衡時，Req=1/fclkC1。圖4下面的部分用來確定電流舵MOS管控制電壓的共模部分。控制電壓的共模Vcm是由電壓的比例常數(shù)F來確定的。在整個環(huán)路中， 要設計一個大的時間常數(shù)RpCp并使其成為環(huán)路的主極點， 以穩(wěn)定整個環(huán)路。

圖4 頻率調節(jié)電路圖

　　2.3 濾波器結構

　　根據電力網載波通信系統(tǒng)對濾波器的指標要求， 結合線性度提高技術和自動調節(jié)技術， 本文所設計的四階切比雪夫Ⅰ型低通濾波器的結構如圖5所示。圖中帶交叉箭頭的盒子代表電流舵MOS管組成的可變電阻。該電路在設計時同時采用了動態(tài)范圍優(yōu)化技術。

圖5 四階切比雪夫Ⅰ型低通濾波器結構圖

　　3 仿真結果分析

　　本文介紹的整個濾波器的設計是在SMIC0.18 -um CMOS 工藝下完成的， 設計面積為545μm×290μm。濾波器的頻率響應如圖6所示。

　　在PVT變化時， -3dB截止頻率在164kHz～167kHz內變化， 可滿足系統(tǒng)的指標要求。

圖6 濾波器的頻率響應圖

　　4 結束語

　　通過仿真結果顯示， 本文的設計方案， 無論是在頻率自動調節(jié)和響應， 還是在濾波器的線性度方面， 均可滿足系統(tǒng)的設計指標要求。因而是一種可行的設計方案。