基于CMOS全差分运算放大器的全集成有源滤波器的设计_解读

天津大学
硕士学位论文
基于CMOS全差分运算放大器的全集成有源滤波器的设计 姓名:刘莉
经纬360
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:滕建辅
20090501
摘要
随着集成电路技术和通信技术的发展,全集成有源滤波器的设计已经成为国 际学术界所关注的前沿课题之一。特别是近年来,片上系统(System…on a Chip 的发展也迫切需要解决有源滤波器的全集成问题。
本文在全面归纳总结国内外全集成有源滤波器的研究现状和发展动态的基 础上,从网络综合理论出发,较系统地研究了基于信号流图模拟法的全集成有源 滤波器的设计技术,利用双端接载的无源LC梯形滤波电路具有响应对元件变化 灵敏度低的优点,将其作为原型滤波器,详细地推导了六阶Butterworth低通滤 波器和六阶Chebyshev带通滤波器的信号流图,并实现了相应的基于反相积分器 的有源RC滤波器和全差分有源RC滤波器。并从全集成的角度出发,着重研究 了作为滤波器的关键部分的全差分运算放大器的特性对全集成有源滤波器的性 能的影响,在此基础上设计了一种适合于本文中所设计的全集成有源RC低通和 带通滤波器的宽摆幅、低功耗的全差分运算放大器。在设计及仿真过程中,具体 的研究了运算放大器的各项性能指标对全集成有源滤波器的选频特性和稳定性 的影响,给出了在滤波器设计过程中如何选择适当的运算放大器的方法。
滤波器电路采用了特许半导体(Chartered0.35urn CMOS工艺进行设计。通 过使用Cadence设计环境下的Spectre工具仿真,运放单位增益带宽达到 128MHz,相位裕度为61。,低频增益78dB,功耗小于1.3mW,保证了全集成 有源滤波器的选频特性和稳定性。仿真结果表明,全集成有源RC低通和带通滤 波器的各项性能指标都满足设计要求,并实现了滤波器的低功耗设计。
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关键词:全集成有源滤波器信号流图CMOS全差分运算放大器
AB STRACT
With the development of integrated circuit and telecommunication technologies, the design of full-integrated active filters has become one of the mo st important advances in analog VLSI and attracted much attention in the academic world. Particularly,in recent years,the problem,which cries for solving,is
the full.integration of the active filters,for the development of System-on-a-Chip.
In this dissertation,the international and national researches status quo and the developing trends ofthe full-integrated active filters are systematically reviewed.The design technology of full-integrated active filters that based on the theory of network synthesis and signal flow graph is deeply studied.On the basis of the doubly terminated LC ladder prototype,whose magnitude response is extraordinarily insensitive to perturbations of the LC elements and to the terminating resistances,the detailed signal flo电子表单系统
w graphs of sixth-order Butterworth low-pass fiker and sixth—order Chebyshev band-pass filter are derived respectively,and the corresponding active RC filters based on inverting integrator and full-differential active RC filters are realized. Focusing on the full-integration,special emphasis is laid tO po缸OUt the influence that the performance of the fully differential operational amplifier makes to the active filters.According tO the analysis,a fully differential operational amplifier with wider unity・gain bandwidth and low power is designed for the sixth-order Butterworth low-pass filter and sixth-order Chebyshev band—pass filter in
ras同步适配器this paper,and then a practical method for choosing the suitable operational amplifier
is proposed.
Filter ckcuk is designed with Chartered O.35I_tm CMOS technology ckcuit is simulated by the Spectre in Cadence,Unity-gain bandwidth of operational amplifier is reached 128MHz,phase margin is 61。,78dB low-frequency gain and power consumption is less than
1.3mW.The simulation results indicate that all of pre.defmed specifications are
satisfied and achieved a low-power design
KEY WORDS:Full-integrated Active Filters,Signal Flow Graph,CMOS,Fully Differential Operational Amplifier
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