CN209400937U - 一种带负反馈的源极跟随器以及滤波器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带负反馈的源极跟随器以及滤波器结构，所述源极跟随器包括第一晶体管、第二晶体管以及电流镜；所述第一晶体管的栅极作为所述源极跟随器的输入节点，其漏极接入一第一电流源，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点；所述第二晶体管为所述第一晶体管的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管的栅极用于接收一偏置电压，其源极接入所述第一晶体管的漏极，而其漏极接入所述电流镜的输入端；所述电流镜的输出端接入所述输出节点。本实用新型能够达到用很少的电路去实现复杂的滤波功能，既适用于高速应用场合，又适用于低功耗场合，同时既能在差分模式下工作，也能在单端模式下工作。

Description

一种带负反馈的源极跟随器以及滤波器结构

技术领域

本实用新型涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种带负反馈的源极跟随器以及一系列的滤波器结构。

背景技术

在各种各样的电气系统中，滤波器用于改变模拟电信号的频率特性。滤波器的基础结构是一阶滤波、二阶滤波和三阶滤波，并可以使用以上的基础结构来构建成更高阶的滤波器。目前已经有很多种结构和方法来构建一个滤波器。其中一类滤波器使用运算放大器和闭环反馈属性，像Tow-Thomas滤波器，Sallen-Key滤波器。这类滤波器，由于涉及使用闭环运算放大器，因而应用局限于在低速度和高功耗的场合。另一类广泛应用的滤波器使用开环Gm-C结构，主要应用于高速和高性能应用场合。

参考图1，现有的源极跟随器电路原理图，所述源极跟随器包括第一晶体管M1以及电流镜，所述电流镜包括共栅共源的第三晶体管M3以及第四晶体管M4。所述第一晶体管M1的栅极作为所述源极跟随器的输入节点vg，其漏极接入电源VCC，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点vs。所述第四晶体管M4的漏极作为所述电流镜的输出端接入所述输出节点vs，而其源极接地，所述第四晶体管M4为所述第一晶体管M1的电流负载。所述第三晶体管M3的漏极与其栅极短接后作为所述电流镜的输入端接入一电流源It，而其源极接地。电流源It接入电源VCC。源极跟随器的输出阻抗非常低，特别适合于电动机、扬声器等重负载(阻抗低的负载)的驱动，同时晶体管普遍功率比较大，具有很好的抗热击穿性能。

最近，有一类新的基于简单的源极跟随器的滤波器。其中一个是由Bailey等人提出的基于源极跟随器的滤波器(专利申请号：US7196573B1)，如图2所示。另一个是由Conta等人提出的基于交叉耦合正反馈的源极跟随器的滤波器(专利申请号：US7659774B2)，如图3所示。这类滤波器的优点是，适合应用于高速和低功耗的应用场合，因为这类结构可以用很少的电路去实现复杂的滤波功能。但是，以上这两类滤波器的共同缺点是，他们只能在差分模式下工作，而不能在单端模式下工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术中存在的技术问题，提供一种带负反馈的源极跟随器以及滤波器结构，能够达到用很少的电路去实现复杂的滤波功能，既适用于高速应用场合，又适用于低功耗场合，同时既能在差分模式下工作，也能在单端模式下工作。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种带负反馈的源极跟随器，所述源极跟随器包括第一晶体管、第二晶体管以及电流镜；所述第一晶体管的栅极作为所述源极跟随器的输入节点，其漏极接入一第一电流源，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点；所述第二晶体管为所述第一晶体管的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管的栅极用于接收一偏置电压，其源极接入所述第一晶体管的漏极，而其漏极接入所述电流镜的输入端；所述电流镜的输出端接入所述输出节点。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种滤波器结构，所述滤波器结构包括一源极跟随器以及一第一电容模块；所述源极跟随器包括第一晶体管以及电流镜；所述第一晶体管的栅极作为所述源极跟随器的输入节点，其漏极接入一第一电流源，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点；所述电流镜包括共栅共源的第三晶体管以及第四晶体管，所述第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极相连的公共端作为所述电流镜的栅极节点，所述第三晶体管的漏极与所述栅极节点短接后作为所述电流镜的输入端耦接至所述第一电流源，而其源极接地，所述第四晶体管的漏极作为所述电流镜的输出端接入所述输出节点，而其源极接地，所述第四晶体管并作为所述第一晶体管的电流负载；所述第一电容模块接入所述源极跟随器的输出节点构成一阶低通滤波器，通过所述电流镜的电流镜像比例因子调整所述一阶低通滤波器的带宽。

本实用新型的优点在于：本实用新型的滤波器结构，能够达到用很少的电路去实现复杂的滤波功能，既适用于高速应用场合，又适用于低功耗场合，同时既能在差分模式下工作，也能在单端模式下工作。

附图说明

图1，现有的源极跟随器电路原理图；

图2，现有的基于简单的源极跟随器的滤波器电路原理图；

图3，现有的基于交叉耦合正反馈的源极跟随器的滤波器电路原理图；

图4，本实用新型带负反馈的源极跟随器电路原理图；

图5，本实用新型一阶低通滤波器一实施例的电路原理图；

图6，本实用新型二阶低通滤波器一实施例的电路原理图；

图7，本实用新型无寄生零点的二阶低通滤波器一实施例的电路原理图；

图8，本实用新型二阶低通滤波器架构图；

图9，本实用新型三阶低通滤波器电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。此外，本实用新型在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

参考图4，本实用新型带负反馈的源极跟随器电路原理图。所述源极跟随器包括第一晶体管M1、第二晶体管M2以及电流镜。所述第一晶体管M1的栅极作为所述源极跟随器的输入节点vg，其漏极接入一第一电流源It，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点vs。所述第二晶体管M2为所述第一晶体管M1的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管M2的栅极用于接收一偏置电压vb，其源极接入所述第一晶体管M1的漏极，而其漏极接入所述电流镜的输入端。所述电流镜的输出端接入所述输出节点vs。所述第一晶体管M1的漏极与所述第二晶体管M2的源极相连的公共端作为所述源极跟随器源极节点vd接入所述第一电流源It。

具体的，所述电流镜包括共栅共源的第三晶体管M3以及第四晶体管M4，所述第三晶体管M3的栅极与所述第四晶体管M4的栅极相连的公共端作为所述电流镜的栅极节点vg3。所述第三晶体管M3的漏极与所述栅极节点vg3短接后作为所述电流镜的输入端，而其源极接地，所述第三晶体管M3为所述第二晶体管M2的电流负载。所述第四晶体管M4的漏极作为所述电流镜的输出端，而其源极接地，所述第四晶体管M4为所述第一晶体管M1的电流负载。

所述源极跟随器为新颖的带负反馈的源极跟随器结构。以上晶体管均采用NMOS晶体管，在其它实施例中，以上晶体管同样可以采用PMOS晶体管。

本实用新型所提出新一类的基于源极跟随器的滤波器结构，在源极跟随器的输出节点上加上一个电容模块，同时将源极跟随器的电流镜的电流镜像比例因子X作为一个设计参数，即可形成一个新颖的一阶低通滤波器；在输出节点上加上一个电容模块，在电流镜的共栅共源的晶体管的栅极连接节点加上一个电容模块，同时将电流镜的电流镜像比例因子X作为一个设计参数，即可形成一个新颖的二阶低通滤波器；在输出节点上加上一个电容模块，在电流镜的共栅共源的晶体管的栅极连接节点加上一个电容模块，在源极跟随器的输入晶体管的折叠共栅晶体管的源极加上一个电容模块，同时将电流镜的电流镜像比例因子X作为一个设计参数，即可形成紧凑的三阶低通滤波器。基于以上一阶、二阶、三阶低通滤波器构建基块，高阶滤波器可以很容易实现，如串联二阶低通滤波器可以产生偶数阶滤波器，再添加额外一阶或三阶低通滤波器则可以产生奇数阶滤波器等不同组合。一阶和二阶低通滤波器结构的串联及并联，电平转换，电平位移块可以添加在到滤波器电路。本实用新型滤波器结构能够达到用很少的电路去实现复杂的滤波功能，既适用于高速应用场合，又适用于低功耗场合，同时既能在差分模式下工作，也能在单端模式下工作。

参考图5，本实用新型一阶低通滤波器一实施例的电路原理图。所述一阶低通滤波器包括一源极跟随器以及一第一电容器C1，所述源极跟随器包括第一晶体管M1、第二晶体管M2以及电流镜，通过所述电流镜的电流镜像比例因子X调整所述一阶低通滤波器的带宽。

所述第一晶体管M1的栅极作为所述源极跟随器的输入节点vg，其漏极接入一第一电流源It，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点vs。所述第一电流源It接入电源VCC。

所述第二晶体管M2为所述第一晶体管M1的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管M2的栅极用于接收一偏置电压vb，其源极与所述第一晶体管M1的漏极短接后接入所述第一电流源It，而其漏极接入所述电流镜的输入端。其中，所述第二晶体管M2为可选部件，去掉第二晶体管M2，或采用一个或多个与第二晶体管M2共栅极的晶体管与第二晶体管M2串联，均可以得到类似的一阶低通滤波器。

所述电流镜包括共栅共源的第三晶体管M3以及第四晶体管M4。所述第三晶体管M3的栅极与所述第四晶体管M4的栅极相连的公共端作为所述电流镜的栅极节点vg3。所述第三晶体管M3是二极管连接的晶体管，其漏极与所述栅极节点vg3短接后作为所述电流镜的输入端电连接所述第二晶体管M2的漏极，而其源极接地，所述第三晶体管M3并作为所述第二晶体管M2的电流负载。所述第四晶体管M4的漏极作为所述电流镜的输出端接入所述输出节点vs，而其源极接地，所述第四晶体管M4并作为所述第一晶体管M1的电流负载。可选的，在所述第一电流源It与所述第三晶体管M3的漏极之间设有一个或多个与所述第二晶体管M2串联且与所述第二晶体管M2共栅极的晶体管(即采用一个或多个与第二晶体管M2共栅极的晶体管与第二晶体管M2串联)，仍可得到类似的一阶低通滤波器。

以上晶体管均采用NMOS晶体管，在其它实施例中，以上晶体管同样可以采用PMOS晶体管，双极性晶体管(NPN，PNP)，BICMOS等。

所述第一电容器C1接入所述源极跟随器的输入节点vg构成所述一阶低通滤波器，所述第一电容器C1的另一端接地。在本实施例中，第一电容模块为第一电容器C1，在其它实施例中，第一电容模块也可以为电容器阵列，使所述一阶低通滤波器成为一种可调滤波器。

以下通过小信号的理论推导，对本实用新型一阶低通滤波器的特点和优势做进一步说明。

首先，定义g_m1以及g_ds1分别为第一晶体管M1(即为源极跟随器的输入晶体管)的小信号跨导和输出电导。其次，定义g_m4以及g_ds4分别为第四晶体管M4的小信号跨导和输出电导。然后，定义g_m3和g_ds3分别为第三晶体管M3的小信号跨导和输出电导，可以先忽略小信号跨导g_ds3，因为它将影响很小。在小信号分析中，需要推导出从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数。

通过小信号分析，本实用新型一阶低通滤波器从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数可以表示为：

公式(1)中X为电流镜像比例因子，g_m1为第一晶体管M1的小信号跨导，g_ds1为第一晶体管M1的输出电导，g_m4为第四晶体管M4的小信号跨导，g_ds4为第四晶体管M4的输出电导，C1为第一电容器的容值，S是传递函数。

公式(1)传递函数的直流增益g₀和3dB带宽ω_3dB可以表示为：

ω_3dB＝((1+X)g_m1+g_ds4)/C₁ (3)

由此可知图5所示电路形成了一个新颖的一阶低通滤波器。这个新颖的一阶低通滤波器的直流增益与3dB带宽与图3所示现有的源极跟随器有很大的区别。

根据现有的源极跟随器从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数，其直流增益g₀和3dB带宽ω_3dB可以表示为：

ω_3dB＝(g_m1+g_ds4+g_ds4)/C₁ (5)

假设图5与图3中的第一晶体管M1具有相同的跨导g_m1。比较公式(3)与公式(5)可知，本实用新型提出的新颖的一阶低通滤波器的3dB带宽是现有源极跟随器的3dB带宽的(1+X)倍。同时，比较公式(3)与公式(5)可知，对于合理的X数值，本实用新型提出的新颖的一阶低通滤波器的直流增益衰减比现有源极跟随器的直流增益衰减变小。

为了使本实用新型一阶低通滤波器与现有源极跟随器这两种结构的性能对比更合理，我们限制两种结构的总电流相同(数值为I_t)，并且第一晶体管M1大小也相同。

对于本实用新型一阶低通滤波器，考虑到折叠共栅晶体管M2需要一部分电流，根据前面定义的比例因子X，第一晶体管M1的负载电流可以表示为：

因此本实用新型一阶低通滤波器的第一晶体管M1的小信号跨导g_m1可以表示为：

因此本实用新型一阶低通滤波器的3dB带宽ω_3dB可以表示为：

对于现有的源极跟随器，其第一晶体管M1的小信号跨导g_m1可以表示为

现有的源极跟随器的3dB带宽ω_3dB可以表示为：

从公式(8)和公式(10)可以看出，对于给定的总电流I_t和第一晶体管M1大小相同的条件下，本实用新型一阶低通滤波器3dB带宽与现有的源极跟随器的3dB带宽的比例如下：

因此，在相同的总电流I_t和第一晶体管M1大小相同的条件下，可以设计所述电流镜的电流镜像比例因子X的大小来优化本实用新型一阶低通滤波器的带宽。例如，当X＝1，本实用新型一阶低通滤波器带宽增大41.4％；当X＝2，本实用新型一阶低通滤波器带宽增大145％。从以上分析可知，只要X>0.618，本实用新型一阶低通滤波器相对于图3所示现有的源极跟随器的带宽就有提高。同时，本实用新型滤波器结构的直流增益衰减性能也有所改善。虽然以上分析基于CMOS，但是以类似的方式可以在使用其它技术实现，均属于本实用新型保护范围。

参考图6，本实用新型二阶低通滤波器一实施例的电路原理图。与图5所示实施例的不同之处在于，在本实施例中，在源极跟随器的输入节点vg接入第一电容器C1，同时在源极跟随器的电流镜的栅极节点接入第二电容器C3，构成所述二阶低通滤波器，所述第一电容器C1的另一端接地，所述第二电容器C3的另一端接地，通过所述电流镜的电流镜像比例因子X调整所述二阶低通滤波器的自然频率以及品质因子。与图5所示实施例的相同的，第一晶体管M1是源极跟随器的输入晶体管，第二晶体管M2是第一晶体管M1的折叠共栅晶体管；共栅共源的第三晶体管M3以及第四晶体管M4构成电流镜，第三晶体管M3的栅极与第四晶体管M4的栅极相连的公共端作为电流镜的栅极节点vg3，第三晶体管M3是二极管连接的晶体管并且是第二晶体管M2的电流负载，第四晶体管M4是第三晶体管M3的镜像管并且是第一晶体管M1的电流负载。由图6可知，本实用新型二阶低通滤波器是在本实用新型一阶低通滤波器的基础上，在电流镜的栅极节点vg3上加上第二电容器C3。

以下通过小信号的理论推导，对本实用新型二阶低通滤波器的特点和优势做进一步说明。

定义g_m1以及g_ds1分别为第一晶体管M1(即为源极跟随器的输入晶体管)的小信号跨导和输出电导。其次，定义g_m4以及g_ds4分别为第四晶体管M4的小信号跨导和输出电导。然后，定义g_m3和g_ds3分别为第三晶体管M3的小信号跨导和输出电导，可以先忽略小信号跨导g_ds3，因为它将影响很小。在小信号分析中，需要推导出从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数。

通过小信号分析，本实用新型二阶低通滤波器从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数可以表示为：

公式(12)中X为电流镜像比例因子，g_m1为第一晶体管M1的小信号跨导，g_m3为第三晶体管M3的小信号跨导，C1为第一电容器的容值，C3为第二电容器的容值，S是传递函数。

由公式(12)可知图6所示电路形成了一个新颖的二阶低通滤波器。这个新颖的二阶低通滤波器的二阶传递函数对应的自然极点频率ωn以及品质因子Q可以表示为：

这个新颖的二阶低通滤波器的二阶传递函数对应的自然零点频率ωz可以表示为：

类似于图5所示一阶低通滤波器的分析，图6所示的新颖的二阶低通滤波器的自然极点频率是由图3所示的源极跟随器串联形成的二阶滤波器的自然极点频率的倍。只要X大于0.25，图6所示的新颖的二阶低通滤波器的自然极点频率就大于由图3所示的源极跟随器串联形成的二阶滤波器的自然极点频率。图6所示的新颖的二阶低通滤波器的自然零点频率可以通过串联方式来消除(具体见图7及其说明)。二阶低通滤波器的品质因子Q是影响二阶系统的非常重要的参数，需要良好的控制。如公式(14)所示，图6所示的新颖的二阶低通滤波器的品质因子Q是基于电容之间和晶体管跨导之间的比率而决定，也即该品质因子Q只与电容的比率以及晶体管的跨导的比率相关，因此是与生产工艺弱相关的常数，并且可以通过所述电流镜的电流镜像比例因子X来调整，因而可以非常好的控制，这对获得高性能滤波器非常重要。

如果我们限制C1＝C3，然后公式(14)可以表示为：

如果进一步限定g_m1＝g_m3，则品质因子Q可以简化为：

所以在g_m1＝g_m3的特定条件下，二阶低通滤波器的品质因子只依赖于电流镜像比例因子X。

在g_m1不等于g_m3的通常情况下，我们进一步推导品质因子Q的简化公式。如前面定义，电流镜像比例因子X即为第一晶体管M1与第三晶体管M3的负载电流比，因此第一晶体管M1与第三晶体管M3的小信号跨导的比值可以简化如下：

则公式(16)的品质因子Q可以减化如下：

也即，当C1＝C3时，品质因子Q只于电流镜像比例因子X有关，与滤波器其它参数无关。当X大于0.1时，品质因子Q可以进一步简化如下：

综合上面的品质因子Q的分析，在C1＝C3的前提下，本实用新型二阶低通滤波器的品质因子Q只与电流镜像比例因子X有关。只要X>0.1，即使g_m1不等于g_m2，本实用新型二阶低通滤波器的品质因子Q也有相近的表达式，如公式(20)所示。

可选的，在如图6所示的二阶低通滤波器中，以所述输入节点vg作为输入端，以所述二阶低通滤波器的所述栅极节点vg3(而不是输出节点vs)作为输出端，形成二阶带通滤波器。通过类似的小信号分析，从输入端vg到输出端vg3的传递函数可以表示为：

公式(21)中X为电流镜像比例因子，g_m1为第一晶体管M1的小信号跨导，g_m3为第三晶体管M3的小信号跨导，C1为第一电容器的容值，C3为第二电容器的容值，S是传递函数。

从公式(21)可知，这是一个二阶带通滤波器的传递函数，也即上述结构形成了一个新颖的二阶带通滤波器。它与以上分析的二阶低通滤波器(二阶低通滤波器)具有相同的固有频率和品质因子，性能也与以上分析的二阶低通滤波器类似。

图7，本实用新型无寄生零点的二阶低通滤波器一实施例的电路原理图。与图6所示实施例的不同之处在于，在本实施例中，所述二阶低通滤波器的输出节点vs上串联有一个带负反馈的源极跟随器。由于图6所示二阶低通滤波器存在着一个零点，如公式(12)和公式(15)所示。如果需要去掉左半平面的零点，一个方法是在图6所示二阶低通滤波器的基础上简单地层叠加(串联)一级一阶低通滤波器或源极跟随器(可以为现有源极跟随器或本实用新型带负反馈的源极跟随器)，形成无寄生零点的二阶低通滤波器。

参考图8，本实用新型二阶低通滤波器架构图。将二阶低通滤波器81与二阶带通滤波器82进行求和运算，即可形成高频增益可控二阶低通滤波器。二阶低通滤波器81接收低通电压Vlp，二阶带通滤波器82接收带通电压Vbp，两者求和运算得到高频增益电压Vboost。其中，所述二阶带通滤波器82结构为在图6所示二阶低通滤波器中，以所述输入节点vg作为输入端，以所述栅极节点vg3作为输出端，形成的二阶带通滤波器。所述二阶低通滤波器81结构可以为图6所示二阶低通滤波器。所述二阶低通滤波器81结构也可以采用图7所示的串联本实用新型二阶低通滤波器与本实用新型一阶低通滤波器(也可以串联现有源极跟随器或本实用新型带负反馈的源极跟随器)形成无寄生零点的二阶低通滤波器。

可以共享同样的二阶低通滤波器，从二阶低通滤波器的栅极结点vg3输出得到二阶带通滤波器，从二阶低通滤波器的输出节点vs得到具寄生零点的二阶低通滤波器，二阶低通滤波器串联一个一阶低通滤波器或现有源极跟随器或本实用新型带负反馈的源极跟随器，消除零点后得到无寄生零点的二阶低通滤波器；二阶带通滤波器再与无寄生零点的二阶低通滤波器进行求和运算。这样结构能够实现一个非常紧凑的并能够对高频增益精准控制的高频增益可控二阶低通滤波器。其中高频增益的控制可以表示为：

公式(22)中，A_lpf为无寄生零点的二阶低通滤波器的高频增益，A_bpf为二阶带通滤波器的高频增益，X为滤波器的电流负载镜像比。通过设计这三个参数，就可以精准的控制高频增益。比如，设计X＝3，Alpf＝1，Abpf＝3，则boost(ωn)＝4.4dB。

参考图9，本实用新型三阶低通滤波器电路原理图。与图6所示实施例的不同之处在于，在本实施例中，在源极跟随器的输入节点vg接入第一电容器C1，在源极跟随器的电流镜的栅极节点接入第二电容器C3，同时在所述折叠共栅晶体管的源极接入第三电容器C2，构成所述三阶低通滤波器，所述第一电容器C1的另一端接地，所述第二电容器C3的另一端接地，所述第三电容器C2的另一端接地。与图6所示实施例的相同的，第一晶体管M1是源极跟随器的输入晶体管，第二晶体管M2是第一晶体管M1的折叠共栅晶体管；共栅共源的第三晶体管M3以及第四晶体管M4构成电流镜，电流镜的电流镜像比例因子为X，第三晶体管M3的栅极与第四晶体管M4的栅极相连的公共端作为电流镜的栅极节点vg3，第三晶体管M3是二极管连接的晶体管并且是第二晶体管M2的电流负载，第四晶体管M4是第三晶体管M3的镜像管并且是第一晶体管M1的电流负载。由图9可知，本实用新型三阶低通滤波器是在本实用新型二阶低通滤波器的基础上，在折叠共栅晶体管的源极接入第三电容器C2。

以下通过小信号的理论推导，对本实用新型三阶低通滤波器的特点和优势做进一步说明。

定义g_m1以及g_ds1分别为第一晶体管M1(即为源极跟随器的输入晶体管)的小信号跨导和输出电导。其次，定义g_m4以及g_ds4分别为第四晶体管M4的小信号跨导和输出电导。然后，定义g_m3和g_ds3分别为第三晶体管M3的小信号跨导和输出电导，可以先忽略小信号跨导g_ds3，因为它将影响很小。在小信号分析中，需要推导出从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数。

通过小信号分析，本实用新型二阶低通滤波器从输入节点vg到输出节点vs小信号传递函数可以表示为：

公式(23)中X为电流镜像比例因子，g_m1为第一晶体管M1的小信号跨导，g_m2为第二晶体管M2的小信号跨导，g_m3为第三晶体管M3的小信号跨导，C1为第一电容器的容值，C3为第二电容器的容值，C2为第三电容器的容值，S是传递函数。

由公式(23)可知图9所示电路形成了一个新颖的三阶低通滤波器。若C2＝0(即不设置第三电容器C2)，则公式(23)传递函数会简化成公式(12)，即为图6所示二阶低通滤波器传递函数。所以图6所示的二阶低通滤波器结构只是图9所示三阶低通滤波器结构的一个特例。

可选的，在如图9所示的三阶低通滤波器中，以所述输入节点vg作为输入端，以所述三阶低通滤波器的所述栅极节点vg3(而不是输出节点vs)作为输出端，形成三阶带通滤波器。其传递函数与公式(23)具有相同的分母，这里不在累述。

在所述三阶低通滤波器中，以所述输入节点作为输入端，以所述三阶低通滤波器的所述栅极节点作为输出端，形成三阶带通滤波器；将所述三阶带通滤波器与所述三阶低通滤波器进行求和运算，形成高频增益可控三阶低通滤波器。

类似于图8的高频增益可控二阶低通滤波器的分析，在如图9所示的三阶低通滤波器中，可以共享同样的三阶低通滤波器：从三阶低通滤波器的输出节点vs得到具寄生零点的三阶低通滤波器，从三阶低通滤波器的栅极结点vg3输出得到三阶带通滤波器，三阶带通滤波器再与三阶低通滤波器进行求和运算，这样结构能够实现一个非常紧凑的并能够对高频增益精确控制的高频增益可控三阶低通滤波器。优选的，从三阶低通滤波器的输出节点vs得到具寄生零点的三阶低通滤波器后，可以再串联一个一阶低通滤波器或现有源极跟随器或本实用新型带负反馈的源极跟随器，消除零点后得到无寄生零点的三阶低通滤波器。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种带负反馈的源极跟随器，其特征在于，所述源极跟随器包括第一晶体管、第二晶体管以及电流镜；

所述第一晶体管的栅极作为所述源极跟随器的输入节点，其漏极接入一第一电流源，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点；

所述第二晶体管为所述第一晶体管的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管的栅极用于接收一偏置电压，其源极接入所述第一晶体管的漏极，而其漏极接入所述电流镜的输入端；

所述电流镜的输出端接入所述输出节点。

2.如权利要求1所述的源极跟随器，其特征在于，所述电流镜包括共栅共源的第三晶体管以及第四晶体管，所述第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极相连的公共端作为所述电流镜的栅极节点；

所述第三晶体管的漏极与所述栅极节点短接后作为所述电流镜的输入端，而其源极接地，所述第三晶体管为所述第二晶体管的电流负载；

所述第四晶体管的漏极作为所述电流镜的输出端，而其源极接地，所述第四晶体管为所述第一晶体管的电流负载。

3.一种滤波器结构，其特征在于，所述滤波器结构包括一源极跟随器以及一第一电容模块；所述源极跟随器包括第一晶体管以及电流镜；

所述第一晶体管的栅极作为所述源极跟随器的输入节点，其漏极接入一第一电流源，而其源极作为所述源极跟随器的输出节点；

所述电流镜包括共栅共源的第三晶体管以及第四晶体管，所述第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极相连的公共端作为所述电流镜的栅极节点，所述第三晶体管的漏极与所述栅极节点短接后作为所述电流镜的输入端耦接至所述第一电流源，而其源极接地，所述第四晶体管的漏极作为所述电流镜的输出端接入所述输出节点，而其源极接地，所述第四晶体管并作为所述第一晶体管的电流负载；

所述第一电容模块接入所述源极跟随器的输出节点构成一阶低通滤波器，通过所述电流镜的电流镜像比例因子调整所述一阶低通滤波器的带宽。

4.如权利要求3所述的滤波器结构，其特征在于，所述滤波器结构进一步包括一第二电容模块，所述第二电容模块接入所述栅极节点构成二阶低通滤波器，通过所述电流镜的电流镜像比例因子调整所述二阶低通滤波器的自然频率以及品质因子。

5.如权利要求4所述的滤波器结构，其特征在于，在所述二阶低通滤波器中，以所述输入节点作为输入端，以所述二阶低通滤波器的所述栅极节点作为输出端，形成二阶带通滤波器。

6.如权利要求4所述的滤波器结构，其特征在于，串联所述二阶低通滤波器与所述一阶低通滤波器或所述源极跟随器形成无寄生零点的二阶低通滤波器。

7.如权利要求4所述的滤波器结构，其特征在于，在所述二阶低通滤波器中，以所述输入节点作为输入端，以所述二阶低通滤波器的所述栅极节点作为输出端，形成二阶带通滤波器；串联所述二阶低通滤波器与所述一阶低通滤波器或所述源极跟随器形成无寄生零点的二阶低通滤波器；将所述二阶带通滤波器与所述无寄生零点的二阶低通滤波器进行求和运算，形成高频增益可控二阶低通滤波器。

8.如权利要求3或4所述的滤波器结构，其特征在于，所述源极跟随器进一步包括一第二晶体管，所述第二晶体管为所述第一晶体管的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管的栅极用于接收一偏置电压，其源极与所述第一晶体管的漏极短接后接入所述第一电流源，而其漏极接入所述电流镜的输入端，所述第三晶体管作为所述第二晶体管的电流负载。

9.如权利要求8所述的滤波器结构，其特征在于，所述第一电流源与所述第三晶体管的漏极之间设有一个或多个与所述第二晶体管串联且与所述第二晶体管共栅极的晶体管。

10.如权利要求4所述的滤波器结构，其特征在于，所述源极跟随器进一步包括一第二晶体管，所述第二晶体管为所述第一晶体管的折叠共栅晶体管，所述第二晶体管的栅极用于接收一偏置电压，其源极与所述第一晶体管的漏极短接后接入所述第一电流源，而其漏极接入所述电流镜的输入端，所述第三晶体管作为所述第二晶体管的电流负载；

在所述二阶低通滤波器中，所述滤波器进一步包括一第三电容模块，所述第三电容模块接入所述二阶低通滤波器的所述折叠共栅晶体管的源极构成三阶低通滤波器。

11.如权利要求10所述的滤波器结构，其特征在于，在所述三阶低通滤波器中，以所述输入节点作为输入端，以所述栅极节点作为输出节点，形成三阶带通滤波器。

12.如权利要求10所述的滤波器结构，其特征在于，在所述三阶低通滤波器中，以所述输入节点作为输入端，以所述三阶低通滤波器的所述栅极节点作为输出端，形成三阶带通滤波器；

将所述三阶带通滤波器与所述三阶低通滤波器进行求和运算，形成高频增益可控三阶低通滤波器。

13.如权利要求3所述的滤波器结构，其特征在于，所述电容模块为一电容器或一电容器阵列。