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今天,集成电子系统的大部分功能采用基于CMOS工艺的数字电路实现。其原因除数字电路比较规则、易于大规模集成,主要是因为CMOS数字电路功耗低,集成度高,占用芯片面积小。由于大多数片上系统需要完成模拟和数字两种信号处理,所以需要将模拟和数字电路集成在同一芯片上,并以同样的CMOS工艺实现。因为模拟电路多数位于系统与外部世界的接口,其性能往往直接影响整个系统,因此需要设计高性能模拟电路,而模拟滤波器正是其中很重要的一类。
本文主要研究高性能模拟集成滤波器的有关问题,集中在以下三个方面:
第一,讨论了由积分器构成的滤波器中,单个积分器动态范围与由其组成的滤波器的动态范围之间的关系,并由此提出了一种从滤波器动态范围指标估算积分器动态范围指标的方法,最后通过对一个双二次带通滤波器进行的设计和仿真分析,说明对积分器动态范围所作的估计符合工程设计需要,从而验证了这种方法的正确性和可行性。
第二,提出了两种新的具有高线性度的跨导器结构,其中一种采用CMOS复合对管,适于工作在高电压情况。另一种以工作于线性区的MOS管为基础,通过对三次非线性失真的补偿,达到提高线性度的目的,这种结构适于工作在低电压情况。
第三,以滤波器设计中的传输矩阵方法为基础,提出了一种综合复杂椭圆带通滤波器的新方法,这种方法通过采用多输入端跨导器实现了滤波器结构简单,功耗低,占用芯片面积小的目的。这种综合方法保证了在有源滤波器的每一个内部节点都有一个电容接地,从而使得滤波器有很好的高频特性。
文中采用所提出的跨导器和滤波器结构,设计了一个中心频率8MHz,带宽2MHz,带外抑制40dB的椭圆函数带通滤波器,其中包括稳定滤波器频率特性的频率和相位自动调节电路及其它外围电路。采用韩国Dongbu电子提供的0.25μmCMOS工艺参数进行了版图设计,并进行了试验性流片。设计了测试电路,并对测试结果进行了分析。