[发明专利]一种大范围可调宽带低通滤波器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种大范围可调宽带低通滤波器，该可调宽带低通滤波器可以同时提供大带宽和高带宽可调范围。 

背景技术

低通滤波器在许多模拟前端中都是关键模块。其中在硬盘或光盘读写通道、自适应光纤通讯和认知无线电等系统中，为了适应不同的数据传输速率需求，需要截止频率在大范围内可调的低通滤波器。在这些系统中，信号一般都先通过射频或模拟放大器预放大，然后经过滤波器滤除带外的干扰和噪声，最后通过模数转换器变为数字信号并对信号进行处理。而滤波器的带宽取决于信号的传输速率。

传统的大范围可调宽带低通滤波器主要有三种：恒定电容滤波器、可调电容滤波器和Nauta滤波器。恒定电容滤波器采用的运算跨导放大器通过开关输入管来改变跨导值，从而改变其截止频率。在其运算跨导放大器中加入了和输入管尺寸相同的哑元管。当输入管导通时哑元管关闭，当输入管关闭时哑元管导通并偏置在输入管导通时的直流工作点，从而使输入电容在两种状态下保持一致。由于运算跨导放大器的输入电容组成了前级运算跨导放大器的负载电容的一部分，这样的结构使滤波器的电容值在不同截止频率下保持一致。但是，这种结构由于加入了哑元管，增加了运算跨导放大器总的输入寄生电容，因此限制了最大带宽。

采用可调电容的滤波器中的运算跨导放大器通过电容阵列来改变电容值，电容值大小与阵列的面积成正比关系。如果想要实现大可调范围，在低带宽时所需的电容阵列面积会非常大，大大增加了芯片的成本。

Nauta滤波器采用由反相器所组成的Nauta运算跨导放大器。由于电路简单，寄生电容小，因此能够达到很大的带宽。运算跨导放大器通过调节电源电压来改变晶体管的过驱动电压，从而调节跨导值。然而通过调节电源电压所能实现的滤波器带宽可调范围会受到限制：过低的电源电压会使晶体管进入线性区而无法正常工作，过高的电源电压则会导致功耗大大增加。另外Nauta运算跨导放大器通过调节电源电压来改变跨导，电源电压需要通过低阻的缓冲器连接到运算跨导放大器的电源端。对于宽带滤波器而言，缓冲器在不同频率下保持较低的内阻比较困难，增加了滤波器电路的成本和功耗。

本发明提出了一种新型大范围可调宽带低通滤波器，该低通滤波器采用了两级带宽控制来增加带宽可调范围，Gm-C结构则保证了高带宽。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种大范围可调宽带低通滤波器，以满足硬盘/光盘读写通道、自适应光纤通讯和认知无线电等系统对大范围可调宽带低通滤波器最大带宽和带宽调节范围的需求。

本发明提出的大范围可调宽带低通滤波器，其结构如图1所示。该滤波器由两个级联的双二阶滤波器单元101和102组成，滤波器的输入端为双二阶滤波器单元101的输入端，滤波器的输出端为双二阶滤波器单元102的输出端；双二阶滤波器单元101的输出端与双二阶滤波器单元102的输入端相连。

本发明提出的大范围可调宽带低通滤波器中双二阶滤波器单元101由四个跨导可变的运算跨导放大器103-1~103-4以及两个可变电容阵列104-1和104-2组成。双二阶滤波器单元102由四个跨导可变的运算跨导放大器103-5~103-8以及两个可变电容阵列104-3和104-4组成。双二阶滤波器单元101和102的输入端分别为运算跨导放大器103-1和103-5的输入端，而输出端分别为运算跨导放大器103-3和103-7的输出端。运算跨导放大器103-1和103-5的输出端分别与运算跨导放大器103-2和103-6的输入端相连，运算跨导放大器103-1和103-5的输出端分别与运算跨导放大器103-2和103-6的输出端相连；运算跨导放大器103-2的输出端与运算跨导放大器103-3的输入端以及可变电容阵列104-1相连；运算跨导放大器103-6的输出端与运算跨导放大器103-7的输入端以及可变电容阵列104-3相连。运算跨导放大器103-3的输出端与运算跨导放大器103-4的输入端以及可变电容阵列104-2相连；运算跨导放大器103-7的输出端与运算跨导放大器103-8的输入端以及可变电容阵列104-4相连。运算跨导放大器103-4和103-8的输出端分别与运算跨导放大器103-3和103-7的输入端相连。

其中所运用的运算跨导放大器103-1~103-8具有二阶可调的跨导，提供了4倍的跨导可调范围。所运用的可变电容阵列104-1~104-4具有27阶可调的电容值，提供了27倍的电容可调范围。因此，本发明提出的低通滤波器，其带宽可调范围为上述跨导可调范围和电容可调范围的乘积，即108倍。