深亞微米CMOS高性能連續(xù)時(shí)間濾波器設(shè)計(jì).pdf

1、連續(xù)時(shí)間濾波器是現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)（如LTE,802.11n和VDSL等）的重要基帶模塊。隨著CMOS工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，這些具有高線性度、寬帶要求的通信系統(tǒng)在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)上迅速提高。因此，深亞微米下高性能連續(xù)時(shí)間濾波器的研究和實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的必要環(huán)節(jié)。
　　 Active-RC濾波器是高線性應(yīng)用領(lǐng)域的常用結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法要求濾波器采用大增益帶寬積的運(yùn)放來保持濾波器的線性度和頻率響應(yīng)精度。盡管深亞微米CMOS技術(shù)能夠提供更

2、高的運(yùn)放增益帶寬積，但是電源電壓的降低，使得傳統(tǒng)的低功耗電路結(jié)構(gòu)在先進(jìn)工藝下不能使用。在深亞微米CMOS低電壓下，同時(shí)獲得寬帶、低功耗、高線性、高精度、低成本的濾波器設(shè)計(jì)變得格外具有挑戰(zhàn)性。
　　 本論文針對(duì)高性能濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，主要工作包括：
　　 1.從濾波器Q值的角度出發(fā)，具體分析了運(yùn)放的非理想性對(duì)濾波器頻率響應(yīng)性能的影響，得出了高精度濾波器對(duì)運(yùn)放的增益帶寬積要求。分析結(jié)果揭示了深亞微米CMOS技術(shù)下濾波

3、器傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)約束。
　　 2.研究了寬帶濾波器的低功耗設(shè)計(jì)方法，提出了積分器頻率補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)V波器的功耗要求降低十倍以上，具有很高的功耗效率，同時(shí)適合于CMOS工藝的等比例縮小。該技術(shù)對(duì)深亞微米低電壓下寬帶低功耗的濾波器實(shí)現(xiàn)提供了實(shí)用價(jià)值和參考意義。
　　 3.提出了運(yùn)放增益帶寬積自動(dòng)跟隨技術(shù)，以跟隨PVT變化以及器件老化對(duì)濾波器性能的影響。該技術(shù)能夠滿足積分器頻率補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)條件，保證了濾波器頻率響應(yīng)的

4、精確度。
　　 4.提出了一種提高濾波器頻率響應(yīng)精度的調(diào)節(jié)方法，能夠保證濾波器帶寬調(diào)節(jié)過程中的頻率響應(yīng)精度，同時(shí)優(yōu)化了濾波器的線性度。
　　 5.提出了微分電容輸入支路消去技術(shù)和濾波器相同積分器實(shí)現(xiàn)方法。所提出的設(shè)計(jì)方法有效地降低了電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜度，保證了濾波器高精度的頻率響應(yīng)性能和低成本實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，該技術(shù)擴(kuò)展了積分器頻率補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用范圍，為低功耗、低成本、高精度的低通、帶通和高通等不同類型濾波器提供了新的設(shè)計(jì)方法。為

5、驗(yàn)證本論文所提出的設(shè)計(jì)方法，基于0.13μm1.2VCMOS工藝設(shè)計(jì)了四階active-RC Elliptic低通濾波器。當(dāng)電源電壓1.2V時(shí)，濾波器的實(shí)測(cè)功耗為5.8mW,芯片有效面積為0.1mm2。濾波器頻率響應(yīng)測(cè)試結(jié)果表明，濾波器的可調(diào)帶寬為
　　 14MH到23MHz，帶內(nèi)紋波小于1dB，帶外抑制大于45dB。在-40℃到80℃的溫度變化范圍內(nèi)，濾波器的頻率響應(yīng)性能均滿足上述指標(biāo)。當(dāng)電源電壓從1.1V變化到1.3V時(shí)，頻