频率可自动调节的高线性度低通滤波器设计

摘要： 为提高在电力网载波通信系统中发射端低通滤波器的频率响应和线性度， 同时也为了节省成本， 文中给出了把低通滤波器放在芯片里面， 并通过使用电阻和MOS管级联来组成一个可变电阻， 同时把MOS管放在反馈系统中来提高低通滤波器的线性度的低通滤波器的设计方法， 利用该方法设计的四阶切比雪夫Ⅰ型低通滤波器的-3dB截止频率为164kHz， 输入输出摆幅为1Vpp。

　　0 引言

　　低频低通滤波器通常有两种形式， 一种是开关电容型滤波器， 另一种是连续时间型滤波器。开关电容型滤波器的截止频率由时钟频率和电容的比值来决定， 所以非常精确。但是它有两个缺点： 首先， 由于它的采样特性， 使得它在输入端需要抗混叠滤波器且在输出端需要平滑滤波器；其次， 时钟馈通效应和电荷注入效应会使滤波器的线性度变差。而连续型滤波器则没有上述缺点， 所以成为低频滤波器设计的主流。

　　而低频连续型低通滤波器的设计也有两种形式： 一种是R-C-Opamp型， 这种实现形式在低频应用中， 为了实现大的时间常数， 通常要用大的电阻和电容， 故会占用大量芯片面积并增加成本； 而且， 由于截止频率是由电阻和电容的绝对值来确定， 故在电压、工艺和温度变化时会有很大的偏差， 所以， 必须用很多控制字来调节截止频率， 而这又增加了设计的复杂度； 另一种是RMOS-C-Opamp型， 这种结构用电阻和MOS管来实现可变电阻， 不仅能够降低芯片面积， 而且还能实现截止频率的自动调节。

　　本文采用R-MOS-C-Opamp型结构来实现，并且把可变电阻中的MOS管部分放在反馈系统中， 因而进一步提高了滤波器的线性度。而在截至频率的自动调节方面， 则利用开关电容电路来实现精确时间常数控制， 从而构成了一个简单而精确的主从型调节网络。

　　1 可变电阻的实现

　　差分型可变电阻的实现可由四个处在线性区的MOS管M1， M2， M3， M4来实现， 图1所示是差分型可变电阻的实现原理图。这种结构在理想匹配的情况下具有良好的线性度， 但是， 这种理想的情况在实际中是不存在的， MOS管之间的不匹配限制了它的线性度。其等效电阻的计算如式(1) 所示：

　　式中， Gi是处在线性区的MOS管Mi的跨导，其计算公式如下：

图1 差分型可变电阻原理图