低功率线性多波段CMOS Gm-C滤波器的设计

Riyas T M1, Anusooya S2

PG (VLSI & ES),电子和通信,狗屁阿卜杜拉赫曼大学的钦奈- 600048,
印度
助理教授,电子系和沟通,狗屁赫曼大学印度钦奈- 600048

文摘

一个连续时间的可重构Gm-C滤波器表现出调宽的带宽。过滤器使用宽的频率,线性运算跨导放大器(OTA)。共模的运算跨导放大器以一个优势前馈(CMFF),两对交叉耦合源退化和共源共栅拓扑实现低功耗多波段滤波器的性能。基于提出的想法,一个1阶低通Gm-C滤波器原型设计在0.18μm标准CMOS工艺。模拟结果显示过滤器从约15 khz频率可调到15 mhz。滤波器的功耗范围从9 uw 10兆瓦,并与3.3 v电源电压。滤波器的截止频率是通过改变直流偏置电流的在线旅行社。

关键字

Gm-C过滤、在线旅行社共模前馈(CMFF),共源共栅拓扑

介绍

最近的趋势和便携式应用程序和系统的发展导致无线一个重要标准。因此,成本和效率的CMOS技术实现极大的增强了多模无线应用程序的出现。现在多模/多波段无线接收器的设计是基于重用的劝说[1][4]。芯片设计是电子艺术的灵魂。设计师应该避免使用多个芯片,可以用可调,使他们更有效率的面积和功耗。在一个灵活的接收机前端,模拟基带滤波是一个关键的任务是用于选择所需的信息所需的信道带宽。

大型模拟低通滤波器的调谐范围是广泛应用于许多领域,如无线收发器,通道选择系统中,反锯齿和平滑应用[2]。由于开环操作行为,Gm-C过滤器通常使用运算跨导放大器(OTA)驱动电容负载为代价的温和的线性度,灵敏度寄生电容和高频性能。在线旅行社是一个电压控制电流源(vcc)。在线旅行社的主要吸引力的属性是他们速度快的与传统的低阻抗运算放大器,和他们的偏见是基于跨导可调谐性[6]。此外,在线旅行社的主要缺点是造成的大变形非线性行为的晶体管。现有设计具有高功耗和低截止频率调谐范围,因为大型非线性失真的输出。这并不提供高阻抗输出和跨导的所需的过滤操作。

介绍了一种低功耗多模Gm-C低通滤波器,在功能上相当于一阶滤波器。提出了电路设计的适当组合共模前馈(CMFF),两个cross-coupled微分对源变性和共源共栅晶体管

在第二部分中,给出了多波段线性transconductor通用。提出了一阶低通滤波器的设计架构第三节中给出。第四部分中描述的模拟结果。结论部分描述了V。

二世。提出运算跨导放大器(OTA)

答:该线性化Transconductor的实现

为了达到良好的滤波器的调谐范围,跨导的范围应该增加。通常,Gm-C过滤器是首选在高频应用是因为它的开环操作。滤波器的性能在很大程度上是由通用OTA的价值。滤波器设计中的基本构件是由一个OTA的积分器和负载电容[2]。双头通用发电机如图1所示。

拟议中的OTA电路完成的共模前馈(CMFF)和交叉耦合对源退化是如图2所示。共模前馈方案(NM7 NM9)理想情况下取消谐波失真组件似乎在输出相同的振幅和相位微分输出电流时处理。两对cross-coupled微分(NM1-NM3 NM2-NM4)在输入级减少非线性指定的图2。

源电阻退化NM5 NM6而且提高OTA结构的线性行为。跨导是限制这些电阻的值。与被动源transconductor变性的线性电阻不能完全实现的。所以活性金属氧化物半导体电阻工作在线性区域满足需求[3]。这个transconductor的主要优势是晶体管的静态电流不随调谐电压。

MOSFET NM11和NM12用于驾驶的偏置电流在线旅行社为了优化直流跨导。在高截止频率的所有晶体管饱和区域的运作,在低频weak-invertion地区除了晶体管NM5和NM6。

金属氧化物半导体晶体管是近似的价值

基米-雷克南是相对于MOS工艺参数,虚拟现实是控制电压源退化的电阻器,VCM是调谐电流源的共模电压。Figure2,实现线性化,因为IOUT表示为

通用汽车在哪里MOS晶体管的跨导。

b .提出的模拟线性运算跨导放大器

总体结构的线性运算跨导放大器(OTA)如图3所示。增益带宽积(GBW)提议的OTA验证通过使用1 pf作为加载电容。

OTA的交流响应仿真给出了单位增益带宽约25兆赫,和阶段利润约为180度。跨导通用图与输入电压在图4所示。

线性范围的跨导细胞与CMFF和交叉耦合对源退化阻力来自2 v + 2 v。跨导值范围从12 ns 140 ns。

三世。拟议中的低通滤波器架构

演示系统级的基本构建块,一阶lo-pass滤波器原型是使用提出了OTA实现,如图5所示。

在多波段低通滤波器设计中,滤波器的切断频率正比于通用汽车/ C,其中通用汽车是跨导和C是电容。这里的负载电容CI和C2 NMOS电容器代替MIM电容器。使用NMOS电容器负载电容,它显示了两个终端n阱电容器在积累模式[2]展品良好的线性。

为了操作NMOS电容器积累区域,通过电容器的电压必须高于合理价值[2]。使用NMOS电容而不是MIM电容器的好处是它占用更少的地区,也提供了良好的线性

Gm-C的截止频率调谐的运算跨导的直流偏置电流的变化。因为,实现宽截止频率范围跨导的范围应该是很大的。图5所示的电容值是1 pf和与其他次电流很容易集成。

四、结果和讨论

给出了滤波器的频率和相位响应如图6所示。交流滤波器的增益和相位裕度约26 db和140度,分别截止频率时15 khz。操作在这个阶段所有的mosfet弱反演区域除了源电阻退化。扭曲由于泄漏电流在这个区域是理想情况下消除共模前馈结构提出了OTA细胞。

交流滤波器的增益和相位裕度约为3.7 db和130度15 mhz截止频率时,如图7所示。操作在这个阶段所有的场效应管在饱和区域除了源退化mosfet

低通滤波器截止频率可调谐大约15千赫至15 mhz如图8所示。transconductor是测试与偏置电流范围从40 na 900 ua和电源电压3.3 v。晶体管尺寸表中列出了我。

的比较结果不同的现有设计线性Gm-C过滤表中的规定。这表明该设计实现了广泛的截止频率和低功耗比现有的设计。最近期的作品是180年纳米CMOS工艺实现的,为了减少芯片的面积。宽阔的截止频率,因为高线性电路和低次谐波。线性范围为±2 v

诉的结论

本文基于CMFF运算跨导放大器和交叉耦合对其跨导与源退化结构设计。一阶低通滤波器设计与在线旅行社的主要功能块。模拟结果显示过滤器达到截止频率调谐范围15 khz ~ 15在0.18 mhzμm标准CMOS工艺。它可以用作基带信道选择多模/多波段接收机的低通滤波器

引用

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