本发明专利技术属于集成电路技术领域，具体为一种带电平转换的截止频率可调的抗混叠滤波器。本发明专利技术电路由一个二阶巴特沃斯低通滤波器和一个电平位移电路组成。二阶巴特沃斯低通滤波器由一个有源放大器和外围二阶RC网络组成，带有CMOS开关进行截止频率切换。电平位移电路由一个高压的栅压自举开关和一个采样电容构成，与后级模数转换器的电容阵列相搭配实现电平位移功能。其中高性能放大器为实现低噪声，高线性度的信号传输功能提供保障，栅压自举开关与电容实现了低功耗电平位移。电容实现了低功耗电平位移。电容实现了低功耗电平位移。
【技术实现步骤摘要】
一种截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器
[0001]本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器。
技术介绍
[0002]随着通信领域的不断发展，数字信号相较于模拟信号具有更好的抗干扰能力，并且能够更方便的被处理。然而大自然中的信号均为模拟信号，数字系统很难直接对模拟信号进行处理。模数转换器可以将模拟信号转换成数字信号，而模数转换器需要相应的模拟前端进行搭配，如图1所示。自然界中的信号先进入模拟前端中，以一个常见的系统为例，信号先被低噪声放大器（LNA）放大，再经过一个可编程放大器（PGA），最后通过一个抗混叠滤波器（AAF）才能得到模数转换器（ADC）所能识别的信号。
[0003]模拟信号并不是一个干净的信号，通常会有很多不希望的其他频率的信号会混在有用信号带宽中。不仅如此，信号在经过LNA和PGA时，也会产生不希望的高次谐波和噪声。这些不希望存在的其他频率分量会在采样时，被采样频率进行混叠，会将原本在高频的分量混叠回信号带宽，影响真正信号的准确度。所以需要在ADC采样前，使用一个抗混叠滤波器将不希望的高频分量给滤除。
[0004]随着科技不断发展，市场对高性能的模数转换器的需求越来越高，而高性能模数转换器需要高性能的AFE搭配。抗混叠滤波器作为AFE的最后一级，直接连接ADC的输入，它的噪声和线性度会直接影响ADC的精度。并且对于不同的应用，滤波器的截止频率需要相应的调整，达到适用不同的输入条件。
[0005]先进工艺不断的发展，全集成化的目标越来越近。在传统的非集成一体芯片中，AFE和ADC的连接往往时采用片外大电容交流耦合。对于集成化一体芯片而言，很难在片内制作一个大电容用以交流耦合。并且AFE作为大摆幅的模拟前端应用，需要较高的电源电压，而ADC作为高速高精度的应用，一般采用先进工艺下的低电源电压。信号不能直接在不同电压域进行传递，需要进行电平位移才能传输。如果不采用交流耦合，只能额外增加一个电平位移模块，并且这个模块需要对采样电容进行建立，这需要额外的面积以及大量的功耗。不仅如此，ADC的共模电压往往是很低的，大部分的模拟电平位移模块在电平位移时很难保证信号的线性度。主要原因就是共模电平与地电位太近，对NMOS管的要求太苛刻。本专利技术却避免了电平位移这一额外的模块，采用一个高压栅压自举与后级ADC相配合实现了电平位移。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提出一种截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器。
[0007]可选地包括两级结构。其中：第一级为截止频率可调的二阶巴特沃斯低通滤波器，
第二级为高压栅压自举开关和采样电容，与后级模数转换器的电容阵列相结合构成电平位移功能。
[0008]所述的二阶低通滤波器由一个高性能全差分放大器和一组双二阶电阻电容网络构成，双二阶电阻电容网络采用了多重反馈的形式，将放大器的输出电压通过多条支路反馈回放大器的输入端。
[0009]截止频率通过外围的双二阶电阻电容网络决定，通过数字逻辑控制互补金属氧化物半导体场效应晶体管传输门的通断，来决定接入环路的电容的容值，从而调节滤波器的低通截止频率。
[0010]所述的高性能全差分放大器采用了两级结构，其中：第一级采用了折叠式共源共栅放大器，放大管和负载管处于不同的支路。第二级采用电流镜模式的同相共源放大器，通过电流镜的比例增加放大倍数，将输出节点与输入节点相隔开。
[0011]所述的第一级折叠式共源共栅放大器包含了带有三次谐波消除的输入级，以及均为共源共栅结构的负载管。
[0012]其中：三次谐波消除输入级包含两对成比例的输入对管进行交叉耦合，设置合适的成比例的偏置电流。差分输入经过两对差分对管，三次项互相抵消，一次项略有减小，完成三次谐波消除，实现高线性度。一条支路中的共源共栅结构的负载管包含4层晶体管，显著提高输出阻抗，实现高增益。
[0013]后面电平位移需要滤波器输出一个大摆幅的输出，而输出摆幅越大，线性度也会越差。如果使用传统的结构，只能通过增加开环增益才能增加线性度，开环增益增加需要很多额外的开销，并且好处并不明显。所以这里采用三次谐波消除的手段，在不需要额外辅助电路以及功耗的前提下，很大程度的提升了线性度，满足后级ADC的性能要求。
[0014]所述第二级同相放大器，包含了一对带有伪电流源的放大对管，一对二极管接法的晶体管负载，以及电流镜镜像的输出级。二极管接法的晶体管负载与电流镜输出级存在比例，通过比例实现一部分的放大倍数。输出级支路上仅存在两层晶体管，与第二级的输入想分隔，实现较大摆幅输出。
[0015]传统的全差分共源放大器需要有一个伪电流源来保证共模抑制比，并且为了带动输出的大负载，需要足够高的电流驱动，而大电流就会带来增益过低的问题。本专利技术的电流镜模式，可以使负载与输入隔开，增益可以通过电流镜的比例增加，提高第二级的增益，降低整体的噪声。并且输出级上不需要伪电流源管，可以提供更大的摆幅。
[0016]所述的电平位移结构包含高压栅压自举模块，采样电容，高压单晶体管开关以及后级模数转换器的电容阵列。在采样时钟的上升沿到来时，栅压自举开关打开，低通滤波器的输出与采样电容连接，输出对采样电容进行充电，在时钟下降沿到来之前完成建立。时钟下降沿到来后，将采样电容与后级模数转换器的电容阵列进行分压，通过调节电容的比例以及电容下极板的电压，完成电平位移。
[0017]所述的栅压自举开关包含自举电容，开关晶体管，控制电路。通过控制电路对自举电容进行充电，将开关晶体管的栅源电压等同于电源电压，实现最小且稳定的开关导通阻抗。
[0018]传统的电平位移电路也是通过放大器实现，所需要的功耗很大，并且难以保证线性度。而且在后级共模电压低到0.5V的情况下，大部分的电平位移电路的性能都无法保证。
本专利技术的电平位移避免引入额外的放大器，并且能够保证足够的性能，节省了功耗和面积。
附图说明
[0019]图1为模拟接收端示意图。
[0020]图2为带电平位移功能的抗混叠滤波器示意图。
[0021]图3为多重反馈式滤波器示意图。
[0022]图4为高压栅压自举电路。
[0023]图5为电平位移模块开关信号时序图。
[0024]图6为电平位移功能示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图，对本专利技术设计的截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器作进一步说明。
[0026]本专利技术的抗混叠滤波器包含一个低通滤波器和一个电平位移电路，其中低通滤波器使用了多重反馈结构。图2为截止频率可选择、带电平位移功能的抗混叠滤波器整体示意图，其包含一个低通滤波器和一个电平位移电路，其中低通滤波器使用了多重反馈结构。图3为多重反馈式滤波器的结构，其中电阻R1和R2决定了低频闭环增益，电阻R2，R3和电容C1，C2决定了截止频率。当电阻阻值保持不变时，只需要通过开关改变电容容值就可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器，其特征在于，包括两级结构，其中，第一级为截止频率可调的二阶巴特沃斯低通滤波器，第二级为高压栅压自举开关和采样电容，与后级模数转换器的电容阵列相结合构成电平位移功能。2.如权利要求1所述的截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器，其特征在于：所述的二阶低通滤波器由一个高性能全差分放大器和一组双二阶电阻电容网络构成，双二阶电阻电容网络采用了多重反馈的形式，将放大器的输出电压通过多条支路反馈回放大器的输入端。3.如权利要求2所述的截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器，其特征在于，截止频率通过外围的双二阶电阻电容网络决定，通过数字逻辑控制互补金属氧化物半导体场效应晶体管传输门的通断，来决定接入环路的电容的容值，从而调节滤波器的低通截止频率。4.如权利要求2所述的截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器，其特征在于，所述的高性能全差分放大器采用了两级结构，其中：第一级采用了折叠式共源共栅放大器，放大管和负载管处于不同的支路；第二级采用电流镜模式的同相共源放大器，通过电流镜的比例增加放大倍数，将输出节点与输入节点相隔开。5.如权利要求4所述的截止频率可选择，带有电平位移的高线性度抗混叠滤波器，其特征在于，所述的第一级折叠式共源共栅放大器包含了带有三次谐波消除的输入级，以及均为共源共栅结构的负载管；其中：三次谐波消除输入级包含两对成比例的输...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶凡，池浩，任俊彦，许俊，马顺利，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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