CN110932698A - 一种高通滤波器的漏电流补偿电路 - Google Patents

一种高通滤波器的漏电流补偿电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高通滤波器的漏电流补偿电路，包括连接在高通滤波器与后级电路之间的运放单元和驱动管；运放单元两个输入端与高通滤波器中的偏置电阻两端分别对应连接，对偏置电路两端的压降进行放大；运放单元的输出作为驱动管的输入，用于调整流过驱动管的电流；驱动管与后级电路连接，驱动管与后级电路交互的电流的差额部分反馈流向至偏置电阻，直至流过偏置电阻的电流趋向于零。本发明提出的漏电流补偿电路，实现了使用高通滤波器时，在采用较大的电阻和减小的电容情况下，仍能保证电路性能和工作状态，电容减小，带来电容本身的寄生容值的减小，提高电路的频率特性而实现超高频和高带宽设计，同时也显著减小了芯片面积，降低了芯片成本。

Description

一种高通滤波器的漏电流补偿电路
技术领域
本发明涉及一种面向无线通信和光通信的集成电路，属于电路技术领域。
背景技术
在无线通信和光通信领域内，随着5G技术的发展和应用，要求有更高的载波频率和信号有用带宽。在无线领域内，常常把接收到的高频的有用信号通过变频得到较低的中频频率，以便后端的模数转换器处理。在集成电路设计中，为避开直流失调的问题，零中频和低中频两种结构是首选，为了滤除接近于直流附近的频率，通常会用一个高通滤波器来实现。对于高速光通信集成电路设计，通常要求有接近直流到几十GHz的带宽，一个片上频率极低的高通滤波器势不可少。
芯片上集成高通滤波器，通常有无源电阻和无源电容构成，由于电容所占面积较大而且大电容的寄生电容也大，所以一般采用较大阻值的电阻，但是只要高通滤波器的后级电路存在较大的漏电流，将会在电阻上产生较大的压降，从而导致后级电路的性能下降甚至不能正常工作。减小电阻值，增大电容，会增加裸芯面积和成本，同时大电容以及电容本身的寄生电容会为前级电路带来较大的负载，影响电路的高频特性。
发明内容
发明目的：
本发明提出一种漏电流补偿电路，目的是把流过高通滤波器无源电阻的漏电流，由额外的补偿电路来供给，从而保证了后级电路的正常工作和整体链路的性能。
技术方案：
一种高通滤波器的漏电流补偿电路，包括连接在高通滤波器与后级电路之间的运放单元和驱动管；
运放单元两个输入端与高通滤波器中的偏置电阻两端分别对应连接，对偏置电路两端的压降进行放大；运放单元的输出作为驱动管的输入，用于调整流过驱动管的电流；驱动管与后级电路连接，驱动管与后级电路交互的电流的差额部分反馈流向至偏置电阻，直至流过偏置电阻的电流趋向于零。
进一步地，高通滤波器中的隔直电容对输入信号进行隔直滤波后连接至运放单元的正相输入端，运放单元的反相输入端施加偏置电压。
进一步地，所述驱动管为三极管或MOS管。
进一步地，所述驱动管为PMOS管、PNP管、NPN管或NMOS管。
进一步地，运放单元的输出端与驱动管PMOS管的栅极或PNP管的基极连接，驱动管PMOS管的漏极或PNP管的集电极与后级电路连接，驱动管PMOS管的源极或PNP管的发射极接电源。
进一步地，运放单元的输出端与驱动管NMOS管的栅极或NPN管的基极连接，驱动管NMOS管的漏极或NPN管的集电极与后级电路连接，驱动管NMOS管的源极或NPN管的发射极接地。
进一步地，所述后级电路为有源管。
进一步地，所述后级电路为三极管或MOS管。
进一步地，所述后级电路为NPN管、NMOS管、PMOS管或PNP管。
本发明所达到的有益效果：
本发明提出的漏电流补偿电路，实现了使用高通滤波器时，在采用较大的电阻和减小的电容情况下，仍能保证电路性能和工作状态，电容减小，带来电容本身的寄生容值的减小，提高电路的频率特性而实现超高频和高带宽设计，同时也显著减小了芯片面积，对降低芯片成本有显著意义！
附图说明
图1为现有高通滤波器应用电路；
图2为本专利提出的P型漏电流补偿电路；
图3为本专利提出的N型漏电流补偿电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，为现有技术中常见的片上集成高通滤波器应用电路，由隔直电容C和偏置电阻R共同构成高通滤波网络1，后级接有源管2，其类型可能为N型管NPN和NMOS与P型管PNP和PMOS四种其中一种，分别对应图1中QN11、N11、QP11和P11。节点1-1代表从前级电路输入过来的输入信号，节点1-2和节点1-3分别代表偏置电阻的两端，节点1-4代表后级有源管的输入，节点1-5代表有源管的发射极或源极。
高通滤波器的3dB带宽频率为1/2πRC，偏置电阻R或隔直电容C增大，此值就会降低。此值越低，在通信理论中代表着更多的带宽。为保证有较大的RC，通常会把偏置电阻R取大，因为芯片上的电容所占面积很大，而电阻所占面积却很小。
在偏置电阻R取大的情况下，因为后级有源管的输入(节点1-4)会有漏电流Ileak，在偏置电阻两端会产生一个压降ΔV＝Ileak*R，节点1-4的电压即为VB+ΔV，VB为偏置电压。电流值随工艺角变化很大，ΔV的变化可能是几百mV，甚至是V量级，将严重影响地电路的性能，甚至使有源管QN11、N11、QP11和P11直流状态工作不正常，导致整个信号链路失效。
如前面所述，后级有源管有可能为N型管或P型管，本发明提出对应的补偿电路，可以为如图2所示的P型漏电流补偿电路或如图3所示的N型漏电流补偿电路所示，两种补偿电路只是针对不同的输入管类型，但是工作机制相同，对于本领域技术人员而言，在其中任何一种类型的漏电流补偿电路的启示下，即可以得到另一种类型的漏电流补偿电路。
图2所示的P型漏电流补偿电路31包括运放单元OP2A和驱动管311。驱动管311为PMOS管P1A或PNP管QP1A。
运放单元OP2A两个输入端和高通滤波器的偏置电阻R两端对应连接，分别为节点2A-2和2A-3，用于侦测偏置电路R两端的压降ΔV，其中，靠近偏置电压VB的节点2A-3与运放单元OP2A的反相输入端连接，靠近隔直电容C的节点2A-2与运放单元OP2A的正相输入端连接。节点2A-1代表从前级电路输入过来的输入信号，输入信号输入至高通滤波器的隔直电容C，经隔直电容C隔直后连接至运放单元OP2A的正相输入端；运放单元OP2A的输出端节点2A-4作为补偿电路驱动管的输入级，用于调整流过驱动管PMOS管P1A或PNP管QP1A的电流，驱动管PMOS管P1A或PNP管QP1A的漏极或集电极输出端节点2A-5输出的部分补偿电流IA作为后级有源管21的NPN管QN1A或NMOS管N1A的输入，驱动管PMOS管P1A或PNP管QP1A的源极或发射极接电源。驱动管的输出端节点2A-5输出的另外一部分电流反馈流向至偏置电阻R，在偏置电阻R两端产生压降被运放单元OP2A放大。
图3所示的N型漏电流补偿电路32包括运放单元OP2B和驱动管321。驱动管321为NMOS管N1B或NPN管QN1B。
运放单元OP2B两个输入端和高通滤波器的偏置电阻R两端对应连接，分别为节点2B-2和2B-3，用于侦测偏置电路R两端的压降ΔV，其中，靠近偏置电压VB的节点2B-3与运放单元OP2B的反相输入端连接，靠近隔直电容C的节点2B-2与运放单元OP2B的正相输入端连接。节点2B-1代表从前级电路输入过来的输入信号，输入信号输入至高通滤波器的隔直电容C，经隔直电容C隔直后连接至运放单元OP2A的正相输入端；运放单元OP2A的输出端节点2B-4代表补偿电路驱动管的输入级，用于调整流过驱动管NMOS管N1B或NPN管QN1B的电流，驱动管NMOS管N1B或NPN管QN1B的漏极或集电极输入端节点2B-5输入的部分补偿电流IB为后级有源管PMOS管P1B或PNP管QP1B的输出。驱动管NMOS管N1B或NPN管QN1B的源极或发射极接地。后级有源管22的PMOS管P1B或PNP管QP1B的基极或栅极另外一部分漏电流反馈流向至偏置电阻R，在偏置电阻R两端产生压降被运放单元OP2B放大。
补偿机制：P型漏电流补偿电路为例进行说明，N型漏电流补偿电路同理。如果后级有源管的电流流过偏置电阻R，偏置电阻两端产生的压降将被运放单元OP2A放大，节点2A-4的电压将让驱动管P1A或QP1A导通，产生的补偿电流IA供给给后级有源管。偏置电阻R上的压降越大，此补偿电流IA越大，反而减小流过偏置电路R的电流，配置电阻R上的电压减小，这样偏置电阻R和漏电流补偿电路构成了一个闭环的反馈系统，最后迫使流过偏置电阻R上的电流几乎为0，最后节点2A-5的电压等于偏置电压VB，也进而保证了后级有源管的工作状态，并且随着工艺角变化，环路自动跟踪补偿漏电流的变化，实现了较好的芯片鲁棒性！
本发明提出的漏电流补偿电路，能用小电容和很大电阻实现高通滤波器，在较大漏电流存在的情况下，仍能保证后级电路的正常工作。电容减小，带来电容本身的寄生容值的减小，提高电路的频率特性而实现超高频和高带宽设计，同时也显著减小了芯片面积，降低了芯片成本，尤其适用于极低截止频率的高通滤波器的漏电流补偿。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，包括连接在高通滤波器与后级电路之间的运放单元和驱动管；
运放单元两个输入端与高通滤波器中的偏置电阻两端分别对应连接，对偏置电路两端的压降进行放大；运放单元的输出作为驱动管的输入，用于调整流过驱动管的电流；驱动管与后级电路连接，驱动管与后级电路交互的电流的差额部分反馈流向至偏置电阻，直至流过偏置电阻的电流趋向于零。
2.根据权利要求1所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，高通滤波器中的电容对输入信号进行隔直滤波后连接至运放单元的正相输入端，运放单元的反相输入端施加偏置电压。
3.根据权利要求1所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，所述驱动管为三极管或MOS管。
4.根据权利要求1或3所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，所述驱动管为PMOS管、PNP管、NPN管或NMOS管。
5.根据权利要求4所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，运放单元的输出端与驱动管PMOS管的栅极或PNP管的基极连接，驱动管PMOS管的漏极或PNP管的集电极与后级电路连接，驱动管PMOS管的源极或PNP管的发射极接电源。
6.根据权利要求4所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，运放单元的输出端与驱动管NMOS管的栅极或NPN管的基极连接，驱动管NMOS管的漏极或NPN管的集电极与后级电路连接，驱动管NMOS管的源极或NPN管的发射极接地。
7.根据权利要求1所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，所述后级电路为有源管。
8.根据权利要求1所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，所述后级电路为三极管或MOS管。
9.根据权利要求1或8所述的一种高通滤波器的漏电流补偿电路，其特征是，所述后级电路为NPN管、NMOS管、PMOS管或PNP管。
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