CN115529023B - 一种带直流失调消除的滤波器电路 - Google Patents

一种带直流失调消除的滤波器电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带直流失调消除的滤波器电路，包括第一、第二滤波器和第一、第二直流失调分量提取电路；所述第一、第二滤波器级联，且该两个滤波器均为二阶滤波器，该两个滤波器结构相同，均包括带直流失调消除的跨导放大器，跨导放大器，第一~四电容和第一~八电阻；所述直流失调分量提取电路用于提取滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流。本发明可应用于低功耗射频收发系统中，实现更低的电路功耗。

Description

一种带直流失调消除的滤波器电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域。
背景技术
模拟滤波器电路作为射频收发系统的重要电路，承担有用信道的选取、带外和干扰信号的滤除等功能，可为高性能的射频收发系统提供重要保障。传统的模拟滤波器仅仅完成系统中的滤波功能，而将直流失调消除要求交由后级电路实现。这不仅增加了后级电路的设计难度，同时引起系统复杂度增加，最终增加整体系统的功耗。
发明内容
发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种带直流失调消除的滤波器电路。
技术方案：本发明提供了一种带直流失调消除的滤波器电路，包括第一、第二滤波器和第一、第二直流失调分量提取电路；所述第一、第二滤波器级联，且该两个滤波器均为二阶滤波器，该两个滤波器结构相同，均包括带直流失调消除的跨导放大器，跨导放大器，第一~四电容和第一~八电阻；所述带直流失调消除的跨导放大器包括第一~四输入端和第一、第二输出端；跨导放大器包括第一、二输入端和第一、第二输出端，直流失调分量提取电路包括第一、第二输入端和第一、第二输出端；
带直流失调消除的跨导放大器的第二输入端连接第一电阻，第三输入端连接第二电阻，第二输入端与第一输出端之间并联第三电阻和第一电容，第三输入端和第二输出端之间并联第四电阻和第二电容；跨导放大器的第一输入端和第一输出端之间并联第三电容，第二输入端和第二输出端之间并联第四电容；带直流失调消除的跨导放大器的第一输出端通过第五电阻与跨导放大器的第一输入端连接，第二输出端通过第六电阻与跨导放大器的第二输入端连接；带直流失调消除的跨导放大器第二输入端和跨导放大器的第二输出端之间并联第七电阻，带直流失调消除的跨导放大器第三输入端和跨导放大器的第一输出端之间并联第八电阻；直流失调分量提取电路的第一输入端连接跨导放大器的第一输出端，第二输入端连接跨导放大器的第二输出端，直流失调分量提取电路的第一输出端连接带直流失调消除的跨导放大器的第一输入端，第二输出端连接带直流失调消除的跨导放大器的第四输入端；
所述第一直流失调分量提取电路用于提取第一滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至第一滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，第一滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流；所述第二直流失调分量提取电路用于提取第二滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至第二滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，第二滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流。
进一步的，所述带直流失调消除的跨导放大器包括：第一~八MOS管，第九、第十电阻，第五、第六电容以及共模反馈电路；第一~第四MOS管的源极均连接电源电压，第一~第四MOS管的栅极依次作为带直流失调消除的跨导放大器的第一~四输入端；第一MOS管的漏极与第五电容的一端，第五MOS管的栅极，第二MOS管的漏极以及第六MOS管的漏极连接；第五电容的另外一端连接第九电阻的一端，第九电阻的另外一端作为带直流失调消除的跨导放大器的第二输出端连接第五MOS管的漏极，电源电压和共模反馈电路的第一输入端，第五~八MOS管的源接地；第六MOS管的栅极连接第七MOS管的栅极和共模反馈电路的输出端，第七MOS管的漏极连接第三MOS管的漏极，第四MOS管的漏极，第六电容的一端以及第八MOS管的栅极，所述第六电容的另外一端连接第十电阻的一端，第十电阻的另外一端作为带直流失调消除的跨导放大器的第一输出端连接共模反馈电路的第三输入端，电源电压和第八MOS管的漏极；共模反馈电路的第二输入端连接共模电压。
进一步的，所述共模反馈电路包括第九~十四MOS管，所述第九~十二MOS管的源极均连接电源电压，第九MOS管的栅极作为共模反馈电路的第一输入端，第九MOS管的漏极作为共模反馈电路的输出端连接第十三MOS管的漏极，栅极以及第十二MOS管的漏极；第十MOS管的漏极连接第十一MOS管的漏极，第十四MOS管的栅极和漏极；所述第十三MOS管的源极和第十四MOS管的源极均接地；所述第十MOS管的栅极作为共模反馈电路的第二输入端连接第十一MOS管的栅极；所述第十二MOS管的栅极作为共模反馈电路的第三输入端。
进一步的，所述第一、第二直流失调分量提取电路结构相同均包括第七、第八电容，第十一~十六电阻和第十五~十八MOS管；所述第十五MOS管的源极和第十六MOS管的源极均连接电源电压，第十五MOS管的栅极连接第十一电阻的一端和第七电容的一端，所述第十一电阻的另外一端作为直流失调分量提取电路的第一输入端；第十六MOS管的栅极连接第十六电阻的一端和第八电容的一端，所述第十六电阻的另外一端作为直流失调分量提取电路的第二输入端；所述第七电容的另外一端连接第十五MOS管的漏极，第八电容的另外一端连接第十六MOS管的漏极，第七电容和第八电容的另外一端之间还依次连接第十二~十五电阻；将第十二电阻和第十三电阻相互连接的一端作为直流失调分量提取电路的第一输出端；第十四电阻和第十五电阻相互连接的一端作为直流失调分量提取电路的第二输出端；第十五MOS管的漏极连接第十七MOS管的漏极，第十六MOS管的漏极连接第十八MOS管的漏极，第十七MOS管的栅极连接第十八MOS管的栅极以及第十三电阻和第十四电阻相互连接的一端，第十七MOS管的源极和第十八MOS管的源极接地。
有益效果：本发明提供滤波器电路本身具有消失调能力，从而降低或消除了后级电路消失调的要求，以实现带高增益，降低了射频收发系统的复杂度和功耗。本发明可应用于低功耗射频收发系统中，实现更低的电路功耗。
附图说明
图1为本发明的整体电路图；
图2为本发明带直流失调消除的跨导放大器的电路图；
图3为本发明共模反馈电路的电路图；
图4为直流失调分量提取电路的电路图；
图5为跨导放大器的电路图；
图6为本发明的仿真结果图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1所示，本实施例提供了一种带直流失调消除的滤波器电路，包括第一、第二滤波器和第一、第二直流失调分量提取电路（OTA13，OTA23）；所述第一、第二滤波器级联，且该两个滤波器均为二阶滤波器，该两个滤波器结构相同，均包括带直流失调消除的跨导放大器（OTA11/ OTA21），跨导放大器（OTA12/ OTA22），第一~四电容（第一滤波器中第一~四电容为C12P 、C12N 、C13P、C13N；第一滤波器中第一~四电容为C22P 、C22N 、C23P、C23N）和第一~八电阻（第一滤波器中第一~八电阻为R11P 、R11N 、R12P、 R12N、 R13P、 R13N 、R14P 、R14N；第二滤波器中第一~八电阻为R21P 、R21N 、R22P、 R22N、 R23P、 R23N 、R24P 、R24N）；所述带直流失调消除的跨导放大器包括第一~四输入端（第一滤波器中带直流失调消除的跨导放大器的输入端为VIP_DCOC、 VIP、 VIN 、VIN_DCOC；第二滤波器中带直流失调消除的跨导放大器的输入端为+_DCOC、VIP、 VIN 、-_DCOC）和第一、第二输出端（VON 、VOP）；跨导放大器包括第一、二输入端（VIP、 VIN）和第一、第二输出端（VON 、VOP），直流失调分量提取电路包括第一、第二输入端（VIP、 VIN）和第一、第二输出端（VON、VOP）。
本实施例以第一滤波器为例：带直流失调消除的跨导放大器的第二输入端VIP连接第一电阻R11P，第三输入端VIN连接第二电阻R11N，第二输入端VIP与第一输出端VON之间并联第三电阻R12P和第一电容C12P，第三输入端VIN和第二输出端VOP之间并联第四电阻R12N和第二电容C12N；跨导放大器的第一输入端VIP和第一输出端VON之间并联第三电容C13P，第二输入端VIN和第二输出端VOP之间并联第四电容C13N；带直流失调消除的跨导放大器的第一输出端VON通过第五电阻R13P与跨导放大器的第一输入端VIP连接，第二输出端VOP通过第六电阻R13N与跨导放大器的第二输入端VIN连接；带直流失调消除的跨导放大器的第二输入端VIP和跨导放大器的第二输出端VOP之间并联第七电阻R14P，带直流失调消除的跨导放大器第三输入端VIN和跨导放大器的第一输出端VON之间并联第八电阻R14N；直流失调分量提取电路的第一输入端VIP连接跨导放大器的第一输出端VON，第二输入端VIN连接跨导放大器的第二输出端VOP，直流失调分量提取电路的第一输出端VON连接带直流失调消除的跨导放大器的第一输入端VIP_DCOC，第二输出端VOP连接带直流失调消除的跨导放大器的第四输入端VIN_DCOC。
所述第一直流失调分量提取电路用于提取第一滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至第一滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，第一滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流；所述第二直流失调分量提取电路用于提取第二滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至第二滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，第二滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流。
如图2所示，所述带直流失调消除的跨导放大器包括：第一~八MOS管（MPA2P 、MPA1P、MPA1N 、MPA2N 、MNA2P、 MNA1P、 MNA1N 、MNA2N），第九、第十电阻（RA1P 、RA1N），第五、第六电容（CA1P 、CA1N）以及共模反馈电路；第一~第四MOS管的源极均连接电源电压，第一~第四MOS管的栅极依次作为带直流失调消除的跨导放大器的第一~四输入端；第一MOS管MPA2P的漏极与第五电容CA1P的一端，第五MOS管MNA2P的栅极，第二MOS管MPA1P的漏极以及第六MOS管MNA1P的漏极连接；第五电容的另外一端连接第九电阻RA1P的一端，第九电阻的另外一端作为带直流失调消除的跨导放大器的第二输出端连接第五MOS管MNA2P的漏极，电源电压和共模反馈电路的第一输入端VOP，第五MOS管MNA2P的源极连接第六~八MOS管的源极，并接地；第六MOS管MNA1P的栅极连接第七MOS管MNA1N的栅极和共模反馈电路的输出端，第七MOS管MNA1N的漏极连接第三MOS管MPA1N的漏极，第四MOS管MPA2N的漏极，第六电容CA1N的一端以及第八MOS管MNA2N的栅极，所述第六电容CA1N的另外一端连接第十电阻RA1N的一端，第十电阻的另外一端作为带直流失调消除的跨导放大器的第一输出端VON连接共模反馈电路的第三输入端VON，电源电压和第八MOS管MNA2N的漏极；共模反馈电路的第二输入端VCM连接共模电压。
如图3所示，所述共模反馈电路包括第九~十四MOS管（MPX1P 、MPX1N、 MPX2P 、MPX2N 、MNX1P 、MNX1N），所述第九~十二MOS管的源极均连接电源电压，第九MOS管MPX1P的栅极作为共模反馈电路的第一输入端，第九MOS管的漏极作为共模反馈电路的输出端VCMFB连接第十三MOS管MNX1P的漏极，栅极以及第十二MOS管MPX2N的漏极；第十MOS管MPX1N的漏极连接第十一MOS管MPX2P的漏极，第十四MOS管MNX1N的栅极和漏极；所述第十三MOS管MNX1P的源极和第十四MOS管MNX1N的源极均接地；所述第十MOS管MPX1N的栅极连接作为共模反馈电路的第二输入端连接第十一MOS管MPX2P的栅极；所述第十二MOS管MPX2N的栅极作为共模反馈电路的第三输入端。
如图4所示，所述第一、第二直流失调分量提取电路结构相同均包括第七、第八电容（CC1P 、CC1N），第十一~十六电阻（RC1P、 RC2P 、RC3P、 RC3N 、RC2N 、RC1N）和第十五~十八MOS管（MPC1P、MPC1N、 MNC1P、 MNC1N）；所述第十五MOS管MPC1P的源极和第十六MOS管MPC1N的源极均连接电源电压，第十五MOS管的栅极连接第十一电阻RC1P、的一端和第七电容CC1P的一端，所述第十一电阻的另外一端作为直流失调分量提取电路的第一输入端；第十六MOS管MPC1N的栅极连接第十六电阻RC1N的一端和第八电容CC1N的一端，所述第十六电阻的另外一端作为直流失调分量提取电路的第二输入端；所述第七电容的另外一端连接第十五MOS管MNC1P的漏极，第八电容的另外一端连接第十八MOS管MNC1N的漏极，第七电容和第八电容的另外一端之间还依次连接第十二~十五电阻（RC2P 、RC3P、 RC3N 、RC2N）；将第十二电阻和第十三电阻相互连接的一端作为直流失调分量提取电路的第一输出端；第十四电阻和第十五电阻相互连接的一端作为直流失调分量提取电路的第二输出端；第十五MOS管的漏极连接第十七MOS管的漏极，第十六MOS管的漏极连接第十八MOS管的漏极，第十七MOS管的栅极连接第十八MOS管的栅极以及第十三电阻和第十四电阻相互连接的一端，第十七MOS管的源极和第十八MOS管的源极接地。
如图5所示，为跨导放大器的电路结构图。包括MOS管MPB1P 、MPB1N、MNB2P、MNB1P 、MNB1N、MNB2N；电阻RB1P、RB1N；电容CB1P、CB1N。
本实施例的整体电路由OTA11、OTA12及其相关连接的电阻电容器件构成第一级二阶滤波器电路，为实现高阶的滤波效果，通过级联由OTA21、OTA22及相关连接的电阻电容器件构成的第二级二阶滤波器电路实现高阶滤波器。
以第一滤波器为例：当第一滤波器电路输出信号存在直流失调，且第一滤波器电路工作状态（带宽和直流增益）发生变化时，通过OTA13对第一滤波器电路输出的含有直流失调的电压信号进行检测，通过OTA13内部输入端RC1P（RC1N）、CC1P（CC1N）构成的低通网络，使得包含直流失调分量的低频电压信号通过MOS管MPC1P（MPC1N）的放大作用，转化为失调电流；而对于不包含直流失调的高频分量，由于OTA13内部输入端RC1P（RC1N）、CC1P（CC1N）构成的低通网络的存在，使其不能通过MOS管MPC1P（MPC1N）的放大，而是通过RC2P（RC2N）和RC3P（RC3N）构成的串联网络进行抑制。尽管RC2P（RC2N）和RC3P（RC3N）构成的串联网络同样会抑制包含直流失调分量的低频信号，但是，由于MOS管MPC1P（MPC1N）的放大作用，直流失调分量仍然会被有效提取。
当得到有效的直流失调分量之后，为实现对直流失调电压的消除，OTA1的输出端VOP和VON分别与OTA11的输入端VIN_DCOC和VIP_DCOC进行相接，并通过OTA11内部MOS管MPA2N和MPA2P转化成失调电流，注入到OTA11中，对直流失调引起的电路工作状态变化进行调整，进而实现对射频接收链路中的直流失调的抑制效果。
第二滤波器电路的直流失调消除机制与第一级一样。
由于直流失调消除过程中仅对包含直流分量的低频电压信号进行提取并放大，最终完成直流失调的消除，从而在整个滤波器的传输特性中，并不会显著影响信号的带宽和滤波器的传输函数。本发明的技术可实现滤波器与PGA/VGA/可变增益放大器的模块功能融合，从而降低射频收发链路整体功耗，降低后级电路在直流失调方面的要求。
如图6所示，为本发明实现的直流失调消除的模拟滤波器幅频特性仿真曲线，相比于传统的模拟滤波器方案，本发明的滤波器可实现对低频直流失调的抑制，约为-7dB。同时，对通带内的有用信号进行选择和放大，通带增益为17.7dB。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (3)

1.一种带直流失调消除的滤波器电路，其特征在于，包括第一、第二滤波器和第一、第二直流失调分量提取电路；所述第一、第二滤波器级联，且该两个滤波器均为二阶滤波器，该两个滤波器结构相同，均包括带直流失调消除的跨导放大器，跨导放大器，第一~四电容和第一~八电阻；所述带直流失调消除的跨导放大器包括第一~四输入端和第一、第二输出端；跨导放大器包括第一、二输入端和第一、第二输出端，直流失调分量提取电路包括第一、第二输入端和第一、第二输出端；
带直流失调消除的跨导放大器的第二输入端连接第一电阻，第三输入端连接第二电阻，第二输入端与第一输出端之间并联第三电阻和第一电容，第三输入端和第二输出端之间并联第四电阻和第二电容；跨导放大器的第一输入端和第一输出端之间并联第三电容，第二输入端和第二输出端之间并联第四电容；带直流失调消除的跨导放大器的第一输出端通过第五电阻与跨导放大器的第一输入端连接，第二输出端通过第六电阻与跨导放大器的第二输入端连接；带直流失调消除的跨导放大器第二输入端和跨导放大器的第二输出端之间并联第七电阻，带直流失调消除的跨导放大器第三输入端和跨导放大器的第一输出端之间并联第八电阻；直流失调分量提取电路的第一输入端连接跨导放大器的第一输出端，第二输入端连接跨导放大器的第二输出端，直流失调分量提取电路的第一输出端连接带直流失调消除的跨导放大器的第一输入端，第二输出端连接带直流失调消除的跨导放大器的第四输入端；
所述第一直流失调分量提取电路用于提取第一滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至第一滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，第一滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流；所述第二直流失调分量提取电路用于提取第二滤波器输出信号中的直流失调分量，并将该直流失调分量放大后传输至第二滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器，第二滤波器中的带直流失调消除的跨导放大器将失调电压转换成失调电流；
所述带直流失调消除的跨导放大器包括：第一~八MOS管，第九、第十电阻，第五、第六电容以及共模反馈电路；第一~第四MOS管的源极均连接电源电压，第一~第四MOS管的栅极依次作为带直流失调消除的跨导放大器的第一~四输入端；第一MOS管的漏极与第五电容的一端，第五MOS管的栅极，第二MOS管的漏极以及第六MOS管的漏极连接；第五电容的另外一端连接第九电阻的一端，第九电阻的另外一端作为带直流失调消除的跨导放大器的第二输出端连接第五MOS管的漏极，电源电压和共模反馈电路的第一输入端，第五~八MOS管的源接地；第六MOS管的栅极连接第七MOS管的栅极和共模反馈电路的输出端，第七MOS管的漏极连接第三MOS管的漏极，第四MOS管的漏极，第六电容的一端以及第八MOS管的栅极，所述第六电容的另外一端连接第十电阻的一端，第十电阻的另外一端作为带直流失调消除的跨导放大器的第一输出端连接共模反馈电路的第三输入端，电源电压和第八MOS管的漏极；共模反馈电路的第二输入端连接共模电压。
2.根据权利要求1所述的一种带直流失调消除的滤波器电路，其特征在于，所述共模反馈电路包括第九~十四MOS管，所述第九~十二MOS管的源极均连接电源电压，第九MOS管的栅极作为共模反馈电路的第一输入端，第九MOS管的漏极作为共模反馈电路的输出端连接第十三MOS管的漏极，栅极以及第十二MOS管的漏极；第十MOS管的漏极连接第十一MOS管的漏极，第十四MOS管的栅极和漏极；所述第十三MOS管的源极和第十四MOS管的源极均接地；所述第十MOS管的栅极作为共模反馈电路的第二输入端连接第十一MOS管的栅极；所述第十二MOS管的栅极作为共模反馈电路的第三输入端。
3.根据权利要求1所述的一种带直流失调消除的滤波器电路，其特征在于，所述第一、第二直流失调分量提取电路结构相同均包括第七、第八电容，第十一~十六电阻和第十五~十八MOS管；所述第十五MOS管的源极和第十六MOS管的源极均连接电源电压，第十五MOS管的栅极连接第十一电阻的一端和第七电容的一端，所述第十一电阻的另外一端作为直流失调分量提取电路的第一输入端；第十六MOS管的栅极连接第十六电阻的一端和第八电容的一端，所述第十六电阻的另外一端作为直流失调分量提取电路的第二输入端；所述第七电容的另外一端连接第十五MOS管的漏极，第八电容的另外一端连接第十六MOS管的漏极，第七电容和第八电容的另外一端之间还依次连接第十二~十五电阻；将第十二电阻和第十三电阻相互连接的一端作为直流失调分量提取电路的第一输出端；第十四电阻和第十五电阻相互连接的一端作为直流失调分量提取电路的第二输出端；第十五MOS管的漏极连接第十七MOS管的漏极，第十六MOS管的漏极连接第十八MOS管的漏极，第十七MOS管的栅极连接第十八MOS管的栅极以及第十三电阻和第十四电阻相互连接的一端，第十七MOS管的源极和第十八MOS管的源极接地。
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