CN105932978B - 一种开关电流滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种开关电流滤波器，包括：顺次级联的电流镜电路、n‑1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端和外部输出端；所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端和外部输出端。本发明结构比较简单。

Description

一种开关电流滤波器

技术领域

本发明涉及模拟集成电路设计领域，尤其涉及一种开关电流滤波器。

背景技术

模拟滤波器可对输入信号进行低通、高通、带通等方式的滤除，已广泛应用于信息通信、医疗电子以及电气工程等领域。

模拟滤波器主要分为连续时间模拟滤波器和采样数据模拟滤波器两大类。连续时间模拟滤波器的时间常数由特征参数的绝对值决定，因此集成精度较差，需要复杂的片上调谐电路以精确实现预定的截止频率。为克服上述不足，学术界提出了采样数据模拟滤波器技术，主要包括开关电容和开关电流滤波器。开关电容滤波器的时间常数取决于电容的比值，可精确集成，且中心频率可通过时钟进行调谐，已成为现代电子信息系统中较为常用的实现技术。然而，开关电容技术需要浮置电容，与标准CMOS数字工艺不兼容，制造成本较高。在此背景下，开关电流技术应运而生。开关电流滤波器的时间常数取决于晶体管的沟道宽长比之比，可精确集成，且不需要线性浮置电容，与标准VLSI CMOS数字工艺兼容，是现今模拟集成滤波器设计领域的前沿研究方向。

目前，开关电流滤波器的实现结构主要包括级联和LC梯形仿真结构。其中，开关电流级联结构具有电路灵敏度高等缺点；LC梯形仿真结构虽可降低电路灵敏度，但实现结构复杂，不利于相关工程人员进行快速、精确的电路设计。

发明内容

本发明的实施例提供了一种结构简单、灵敏度低的开关电流滤波器。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种开关电流滤波器，包括：

顺次级联的电流镜电路、n-1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；

所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；输入端与外部输入信号相连，所述正向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，所述负向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连；

所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端和外部输出端；其中，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端；

所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；正向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端和外部输出端；其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连，一起作为所述开关电流滤波器的输出。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，开关电流滤波器由开关电流积分器级联构成，电路结构简单，且通过负反馈支路的引入，可有效降低开关电流滤波器的电路灵敏度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的开关电流滤波器的实现电路示意图；

图2-1是本发明所述的开关电流滤波器的电流镜电路示意图；

图2-2是本发明所述的开关电流滤波器的电流镜电路的简化电路符号示意图；

图3-1是本发明所述的开关电流滤波器中序号为k的第一开关电流双线性积分器的实现电路示意图；

图3-2是本发明所述的开关电流滤波器中序号为k的第一开关电流双线性积分器的简化电路符号示意图；

图4-1是本发明所述的开关电流滤波器的第二开关电流双线性积分器的实现电路示意图；

图4-2是本发明所述的开关电流滤波器的第二开关电流双线性积分器的简化电路符号示意图；

图5是本发明所述的开关电流滤波器的时钟波形示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本发明所述的开关电流滤波器，包括：

顺次级联的电流镜电路、n-1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；

所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；输入端与外部输入信号相连，所述正向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，所述负向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连；

所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端和外部输出端；其中，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端；

所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；正向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端和外部输出端；其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连，一起作为所述开关电流滤波器的输出。

图2-1和2-2所示，所述电流镜电路包括：

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第一输入端I_in、第一负向输出端和第一正向输出端

第二MOS管M₂的栅极分别连接第一MOS管M₁的栅极和漏极，并连接第一输入端I_in；第二MOS管M₂的漏极连接第一负向输出端所述第二MOS管M₂的栅极连接所述第三MOS管M₃的栅极；

所述第三MOS管M₃的漏极连接所述第四MOS管M₄的栅极和漏极；所述第四MOS管M₄的栅极连接所述第五MOS管M₅的栅极；

所述第五MOS管M₅的漏极连接所述第一正向输出端

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的漏极均连接电源；第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的源极均接地。

第二MOS管M₂与第一MOS管M₁的沟道宽长比之比为α₀；

第一MOS管M₁、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的沟道宽长比相等；

第二MOS管M₂与第五MOS管M₅的沟道宽长比相等。

如图3-1和3-2所示，所述第一开关电流双线性积分器包括：

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第二正向输入端第二负向输入端第二正向输出端第二负向输出端和第一外部输出端k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数；

所述第六MOS管M₆的漏极连接所述第七MOS管M₇的漏极；所述第六MOS管M₆的栅极和漏极由第二时钟控制的第一开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二正向输入端由第二时钟控制的第二开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二负向输入端由第一时钟控制的第三开关相连；

所述第七MOS管M₇的栅极和漏极由第一时钟控制的第四开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极连接所述第八MOS管的栅极；

所述第八MOS管M₈的漏极连接所述第二正向输出端所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第九MOS管M₉的栅极；

所述第九MOS管M₉的漏极连接所述第十MOS管M₁₀的漏极和栅极；

所述第十MOS管M₁₀的栅极连接所述第十一MOS管M₁₁的栅极；所述第十一MOS管M₁₁的漏极连接所述第二负向输出端

所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十二MOS管M₁₂的栅极，第十二MOS管M₁₂的漏极连接所述第一外部输出端

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂的漏极均接电源；

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂的源极均接地。

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀的沟道宽长比相等；

第八MOS管M₈和第十一MOS管M₁₁的沟道宽长比均为第六MOS管M₆的沟道宽长比的α_k倍；

第十二MOS管M₁₂的沟道宽长比为第六MOS管M₆的沟道宽长比的c_k倍。

所述第k个第一开关电流双线性积分器的正向输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值以及所述第k个第一开关电流双线性积分器的负向输出端的电流与负向输入端的电流之间的比值均为

所述第k个第一开关电流双线性积分器的外部输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值为

如图4-1和4-2所示，所述第二开关电流双线性积分器包括：

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej、第三正向输入端第三负向输入端第二外部输出端n个正向反馈输出端和n个负向反馈输出端j为大于0小于或者等于n的自然数；

所述第十三MOS管M₁₃的漏极连接所述第十四MOS管M₁₄的漏极，所述第十三MOS管M₁₃的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第十四MOS管M₁₄的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第十三MOS管M₁₃的漏极和第三正向输入端由第二时钟控制的开关相连，所述第十三MOS管M₁₃的漏极和第三负向输入端由第一时钟控制的开关相连；

所述第十四MOS管M₁₄的栅极连接所述第十五MOS管M₁₅的栅极；所述第十五MOS管M₁₅的漏极连接所述第二外部输出端

所述第十五MOS管M₁₅的栅极分别连接所述正向反馈输出MOS管M_fj的栅极；n个所述正向反馈输出MOS管M_fj的漏极分别连接序号相应的所述正向反馈输出端所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述第十六MOS管M₁₆的栅极；

所述第十六MOS管M₁₆的漏极连接所述第十七MOS管M₁₇的漏极和栅极；

所述第十七MOS管M₁₇的栅极分别连接n个所述负向反馈输出MOS管M_ej的栅极；n个所述负向反馈输出MOS管M_ej的漏极分别连接序号相应的所述负向反馈输出端

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej的漏极均接电源；

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej的源极均接地。

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十六MOS管M₁₆和第十七MOS管M₁₇的沟道宽长比相等；第十五MOS管M₁₅的沟道宽长比为第十三MOS管M₁₃的c_n倍；n个正向反馈输出MOS管M_fj的沟道宽长比分别为第十三MOS管M₁₃的f_j倍；n个负向反馈输出MOS管M_ej的沟道宽长比分别为第十三MOS管M₁₃的f_j倍。

所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的正向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的负向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连一起作为所述开关电流滤波器的输出，具体为：

当所述第一开关电流双线性积分器的外部输出端输出负值电流时，所述第一开关电流双线性积分器的外部输出端连接第一反向电路，所述第一反向电路的输出端和其它第一开关电流双线性积分器以及第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连一起作为所述开关电流滤波器的输出；第一反向电路用于将所述第一开关电流双线性积分器的外部输出端输出的电流反向；

当所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端输出负值电流时，所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端连接第二反向电路，所述第二反向电路的输出端和第一开关电流双线性积分器的外部输出端均相连一起作为所述开关电流滤波器的输出；第二反向电路用于将所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端输出的电流反向。

以下描述本发明的应用场景。

本发明提供一种开关电流滤波器，采用积分器级联和反馈拓扑结构构造具有结构简单、电路灵敏度低等优点的开关电流滤波器结构。

如图1至图5所示，一种开关电流滤波器，包括：顺次级联的电流镜电路、第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器。字母‘CMI’、‘BI_1k’和‘BI₂’分别为电流镜电路、序号为k的第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的简称。其中，第一开关电流双线性积分器的个数为n-1个，第二开关电流双线性积分器的个数为1个，n为开关电流滤波器的阶数。

所述电流镜电路的输入端与外部输入信号相连，将输入信号分别进行等值复制和反向，形成正、负输出信号，其中，正向输出信号与第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，负向输出信号与第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连。

所述第一开关电流双线性积分器包括正、负两个输入端；输出端包括：正向输出端、负向输出端和外部输出端，其中，正向输出端输出至下一开关电流双线性积分器的正向输入端，负向输出端输出至下一开关电流双线性积分器的负向输入端，外部输出端为开关电流滤波器的输出。

所述第二开关电流双线性积分器包括：正、负两个输入端，其中，正向输入端与第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端和外部输出端，其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；外部输出端为开关电流滤波器的输出。

所述第k个第一开关电流双线性积分器的正向输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中α_k由正向输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；外部输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中c_k由外部输出端输出晶体管的沟道宽长比确定。

所述第二开关电流双线性积分器外部输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中，c_n由外部输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；正向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中f_j由正向反馈输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；负向反馈输出端的电流为正向反馈输出端的电流的等值反向。

所述第一和第二开关电流双线性积分器的外部输出端全部相连，作为开关电流滤波器的输出。

如图2-1和图2-2所示，电流镜电路包括：第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第一输入端I_in、第一负向输出端和第一正向输出端第二MOS管M₂的栅极连接第一MOS管M₁的栅极和漏极，并连接第一输入端I_in；第二MOS管M₂的漏极连接第一负向输出端所述第二MOS管M₂的栅极连接所述第三MOS管M₃的栅极；所述第三MOS管M₃的漏极连接所述第四MOS管M₄的栅极和漏极；所述第四MOS管M₄的栅极连接所述第五MOS管M₅的栅极；所述第五MOS管M₅的漏极连接所述第一正向输出端α₀为输出端输出晶体管与积分器核心MOS管的沟道宽长比之比。MOS管下方标注的系数表示各MOS管的沟道宽长比。其中，第一MOS管M₁、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的沟道宽长比相等，且作为参照标准的单位尺度，在下方标注的系数均为1；第二MOS管M₂和第五MOS管M₅的沟道宽长比为第一MOS管M₁的α₀倍，可实现图2中积分器输出电流的α₀倍放大。

在优选方案中，如图2-2所示，输出电流与输入电流满足以下关系：

如图3-1和图3-2所示，第一开关电流双线性积分器包括：

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第二正向输入端第二负向输入端第二正向输出端第二负向输出端和第一外部输出端所述第六MOS管M₆的漏极连接所述第七MOS管M₇的漏极；所述第六MOS管M₆的栅极和漏极由第二时钟控制的第一开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二正向输入端由第二时钟控制的第二开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二负向输入端由第一时钟控制的第三开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极和漏极由第一时钟控制的第四开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极连接所述第八MOS管的栅极；所述第八MOS管M₈的漏极连接所述第二正向输出端所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第九MOS管M₉的栅极；所述第九MOS管M₉的漏极连接所述第十MOS管M₁₀的漏极和栅极；所述第十MOS管M₁₀的栅极连接所述第十一MOS管M₁₁的栅极；所述第十一MOS管M₁₁的漏极连接所述第二负向输出端所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十二MOS管M₁₂的栅极，第十二MOS管M₁₂的漏极连接所述第一外部输出端α_k，c_k分别为输出端输出晶体管与积分器核心MOS管的沟道宽长比之比。MOS管下方标注的系数表示各MOS管的沟道宽长比。其中，第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀的沟道宽长比相等，且作为参照标准的单位尺度，在下方标注的系数均为1；第八MOS管M₈和第十一MOS管M₁₁的沟道宽长比为第六MOS管M₆的α_k倍；第十二MOS管M₁₂的沟道宽长比为第六MOS管M₆的c_k倍。

如图3-2所示，输出电流与输入电流满足以下关系：

如图4-1和图4-2所示，第二开关电流双线性积分器包括：第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)、负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)、第三正向输入端第三负向输入端第二外部输出端正向反馈输出端和负向反馈输出端所述第十三MOS管M₁₃的漏极连接所述第十四MOS管M₁₄的漏极，所述第十三MOS管M₁₃的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第十四MOS管M₁₄的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第十三MOS管M₁₃的漏极和第三正向输入端由第二时钟控制的开关相连，所述第十三MOS管M₁₃的漏极和第三负向输入端由第一时钟控制的开关相连；所述第十四MOS管M₁₄的栅极连接所述第十五MOS管M₁₅的栅极；所述第十五MOS管M₁₅的漏极连接所述第二外部输出端所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)的栅极；所述正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)的漏极分别连接所述正向反馈输出端所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述第十六MOS管M₁₆的栅极；所述第十六MOS管M₁₆的漏极连接所述第十七MOS管M₁₇的漏极和栅极；所述第十七MOS管M₁₇的栅极连接所述负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)的栅极；所述负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)的漏极分别连接所述负向反馈输出端c_n和f_j(j＝1:n)分别为输出端输出晶体管与积分器核心MOS管的沟道宽长比之比。MOS管下方标注的系数表示各MOS管的沟道宽长比。其中，第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十六MOS管M₁₆和第十七MOS管M₁₇的沟道宽长比相等，且作为参照标准的单位尺度，在下方标注的系数均为1；第十五MOS管M₁₅的沟道宽长比为第十三MOS管M₁₃的c_n倍；正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)的沟道宽长比分别为第十三MOS管M₁₃的f_j倍；负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)的沟道宽长比分别为第十三MOS管M₁₃的f_j倍。

如图4-2所示，输出电流与输入电流满足以下关系：

如图2-1、3-1和4-1所示，φ₁和φ₂为两相非重叠时钟(时钟波形如图5所示)，J为电流源。

其中，图1中BI₁₁到BI_1(n-1)具有相同的结构；图3-1和图3-2中的i_k ⁺为图1中i_α(k-1) ⁺和i_fk ^-相加后的电流，图3-1和图3-2中的i_k ^-为图1中i_α(k-1) ^-和i_fk ⁺相加后的电流；图4-1和图4-2中i_n ⁺为图1中i_α(n-1) ⁺和i_fn ^-相加后的电流，图4-1和图4-2中i_n ^-为图1中i_α(n-1) ^-和i_fn ⁺相加后的电流；k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数。

本发明的有益效果为：

采用标准数字CMOS工艺实现，具有动态范围大、设计过程简单、无需模数转换器、适于低电压低功耗大规模集成等优点，也就是说，用与标准CMOS工艺兼容的开关电流技术构造滤波器，可精确集成模拟滤波器的时间常数，从而精确实现模拟滤波器的频响特性；利用具有多条负反馈支路的开关电流积分器级联结构构造滤波器，从而有效降低滤波器的灵敏度，使得电路的实际频响特性与理想频响特性较为接近，可应用于信号处理等领域。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种开关电流滤波器，其特征在于，包括：

顺次级联的电流镜电路、n-1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；

所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；输入端与外部输入信号相连，所述正向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，所述负向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连；

所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端和外部输出端；其中，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端；

所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；正向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端和外部输出端；其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连，一起作为所述开关电流滤波器的输出；

所述电流镜电路包括：

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第一输入端I_in、第一负向输出端和第一正向输出端

第二MOS管M₂的栅极分别连接第一MOS管M₁的栅极和漏极，并连接第一输入端I_in；第二MOS管M₂的漏极连接第一负向输出端所述第二MOS管M₂的栅极连接所述第三MOS管M₃的栅极；

所述第三MOS管M₃的漏极连接所述第四MOS管M₄的栅极和漏极；所述第四MOS管M₄的栅极连接所述第五MOS管M₅的栅极；

所述第五MOS管M₅的漏极连接所述第一正向输出端

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的漏极均连接电源；第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的源极均接地。

2.根据权利要求1所述的开关电流滤波器，其特征在于，

第二MOS管M₂与第一MOS管M₁的沟道宽长比之比为α₀；

第一MOS管M₁、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的沟道宽长比相等；

第二MOS管M₂与第五MOS管M₅的沟道宽长比相等。

3.根据权利要求1所述的开关电流滤波器，其特征在于，所述第一开关电流双线性积分器包括：

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第二正向输入端第二负向输入端第二正向输出端第二负向输出端和第一外部输出端k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数；

所述第六MOS管M₆的漏极连接所述第七MOS管M₇的漏极；所述第六MOS管M₆的栅极和漏极由第二时钟控制的第一开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二正向输入端由第二时钟控制的第二开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二负向输入端由第一时钟控制的第三开关相连；

所述第七MOS管M₇的栅极和漏极由第一时钟控制的第四开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极连接所述第八MOS管的栅极；

所述第八MOS管M₈的漏极连接所述第二正向输出端所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第九MOS管M₉的栅极；

所述第九MOS管M₉的漏极连接所述第十MOS管M₁₀的漏极和栅极；

所述第十MOS管M₁₀的栅极连接所述第十一MOS管M₁₁的栅极；所述第十一MOS管M₁₁的漏极连接所述第二负向输出端

所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十二MOS管M₁₂的栅极，第十二MOS管M₁₂的漏极连接所述第一外部输出端

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂的漏极均接电源；

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂的源极均接地。

4.根据权利要求3所述的开关电流滤波器，其特征在于，

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀的沟道宽长比相等；

第八MOS管M₈和第十一MOS管M₁₁的沟道宽长比均为第六MOS管M₆的沟道宽长比的α_k倍；

第十二MOS管M₁₂的沟道宽长比为第六MOS管M₆的沟道宽长比的c_k倍。

5.根据权利要求4所述的开关电流滤波器，其特征在于，

所述第k个第一开关电流双线性积分器的正向输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值以及所述第k个第一开关电流双线性积分器的负向输出端的电流与负向输入端的电流之间的比值均为

所述第k个第一开关电流双线性积分器的外部输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值为

6.根据权利要求1所述的开关电流滤波器，其特征在于，所述第二开关电流双线性积分器包括：

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej、第三正向输入端第三负向输入端第二外部输出端n个正向反馈输出端和n个负向反馈输出端j为大于0小于或者等于n的自然数；

所述第十三MOS管M₁₃的漏极连接所述第十四MOS管M₁₄的漏极，所述第十三MOS管M₁₃的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第十四MOS管M₁₄的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第十三MOS管M₁₃的漏极和第三正向输入端由第二时钟控制的开关相连，所述第十三MOS管M₁₃的漏极和第三负向输入端由第一时钟控制的开关相连；

所述第十四MOS管M₁₄的栅极连接所述第十五MOS管M₁₅的栅极；所述第十五MOS管M₁₅的漏极连接所述第二外部输出端

所述第十五MOS管M₁₅的栅极分别连接所述正向反馈输出MOS管M_fj的栅极；n个所述正向反馈输出MOS管M_fj的漏极分别连接序号相应的所述正向反馈输出端所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述第十六MOS管M₁₆的栅极；

所述第十六MOS管M₁₆的漏极连接所述第十七MOS管M₁₇的漏极和栅极；

所述第十七MOS管M₁₇的栅极分别连接n个所述负向反馈输出MOS管M_ej的栅极；n个所述负向反馈输出MOS管M_ej的漏极分别连接序号相应的所述负向反馈输出端

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej的漏极均接电源；

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej的源极均接地。

7.根据权利要求6所述的开关电流滤波器，其特征在于，

第十三MOS管M₁₃、第十四MOS管M₁₄、第十六MOS管M₁₆和第十七MOS管M₁₇的沟道宽长比相等；第十五MOS管M₁₅的沟道宽长比为第十三MOS管M₁₃的c_n倍；n个正向反馈输出MOS管M_fj的沟道宽长比分别为第十三MOS管M₁₃的f_j倍；n个负向反馈输出MOS管M_ej的沟道宽长比分别为第十三MOS管M₁₃的f_j倍。

8.根据权利要求7所述的开关电流滤波器，其特征在于，

所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的正向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的负向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

9.根据权利要求1所述的开关电流滤波器，其特征在于，

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连一起作为所述开关电流滤波器的输出，具体为：

当所述第一开关电流双线性积分器的外部输出端输出负值电流时，所述第一开关电流双线性积分器的外部输出端连接第一反向电路，所述第一反向电路的输出端和其它第一开关电流双线性积分器以及第二开关电流双线性积分器的外部输出端均相连一起作为所述开关电流滤波器的输出；第一反向电路用于将所述第一开关电流双线性积分器的外部输出端输出的电流反向；

当所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端输出负值电流时，所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端连接第二反向电路，所述第二反向电路的输出端和第一开关电流双线性积分器的外部输出端均相连一起作为所述开关电流滤波器的输出；第二反向电路用于将所述第二开关电流双线性积分器的外部输出端输出的电流反向。