【摘要】：隨著集成電路工藝的突飛猛進(jìn),在傳統(tǒng)信號處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的模擬有源濾波器因為精度低、線性度差和噪聲大的問題往往無法滿足設(shè)計者的需求,開關(guān)電容濾波器逐漸走進(jìn)研究者的視線。開關(guān)電容濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、精度高的特點,受到越來越多設(shè)計者的關(guān)注和重視。本課題是為了設(shè)計一款能夠應(yīng)用于多普勒定位信號接口電路中的高階帶寬可調(diào)開關(guān)電容帶通濾波器芯片。本課題首先對開關(guān)電容基本電路工作方式進(jìn)行了理論推導(dǎo),說明了開關(guān)電容電路相較于傳統(tǒng)模擬電路的優(yōu)勢,并給出了開關(guān)電容電路Z域的等效模型便于之后的分析與設(shè)計。然后介紹了高階濾波器的構(gòu)成方式、對二階雙四結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和傳遞函數(shù)推導(dǎo)并針對開關(guān)電容電路中非理想因素進(jìn)行了分析。接著根據(jù)設(shè)計指標(biāo),利用Matlab/Simulink對高階帶寬可調(diào)帶通濾波器進(jìn)行濾波器選型、參數(shù)設(shè)計以及建模,最終決定級聯(lián)6級12階高Q值二階雙四構(gòu)完成本課題設(shè)計,通過Simulink建模、仿真,結(jié)果證明設(shè)計滿足要求。最后,利用華虹0.35μm CMOS工藝完成了濾波器的電路和版圖設(shè)計,設(shè)計采用全差分結(jié)構(gòu),以便利用全差分結(jié)構(gòu)帶來的優(yōu)良特性。設(shè)計的子模塊包括:全差分放大器、兩相不交疊時鐘、基準(zhǔn)模塊、二階雙四結(jié)構(gòu)等。將所有子模塊級聯(lián)得到整體高階帶寬可調(diào)開關(guān)電容帶通濾波器。對于版圖設(shè)計,還應(yīng)在整體濾波器外圍加上IO、PAD、Sealring等,以完成整體版圖設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上完成了DRC、LVS以及版圖的后仿真驗證。本課題設(shè)計的開關(guān)電容帶通濾波器版圖面積為2650μm×2950μm。版圖后仿真驗證結(jié)果表明:設(shè)計的開關(guān)電容帶通濾波器通過改變輸入時鐘,能夠使得濾波器通帶能夠在2KHz~200KHz調(diào)整;整體通帶紋波在0.3d B左右;高通過渡帶衰減為-76d B/2倍頻,低通過渡帶衰減為-84d B/2倍頻。本課題設(shè)計的高階帶寬可調(diào)開關(guān)電容帶通濾波器功能正確,性能滿足設(shè)計指標(biāo)要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN713
【圖文】：

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者都積極投身到開關(guān)電容濾波器研究領(lǐng)域，開關(guān)器的設(shè)計也被認(rèn)為是集成電路設(shè)計最為成功的方向之一[22]。對其研究分為兩大類，一是降低電路功耗；二是改善電路結(jié)構(gòu)。改善結(jié)構(gòu)主要從幾個關(guān)鍵指標(biāo)著手：帶寬、帶負(fù)載能力、復(fù)雜的零極點實現(xiàn)等，結(jié)構(gòu)的了使濾波器能夠在適應(yīng)目前復(fù)雜的應(yīng)用場合。降低功耗是當(dāng)今集成電路流方向之一[23]，因此要使得開關(guān)電容濾波器能夠廣泛適用也必須緊跟流。對于國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，也主要從以上兩個方面進(jìn)行闡述。. 國外研究現(xiàn)狀功耗的研究017 年，多倫多大學(xué)研究團(tuán)隊第一次將復(fù)共軛極點濾波器通過開關(guān)電容式實現(xiàn)，此種方式實現(xiàn)的同時大大降低了整體電路的功耗。實現(xiàn)的濾波下圖 1-1 所示[24]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文電阻實現(xiàn)降低功耗的同時，還達(dá)到較好的溫度特性。整個偏置.2nW。的改善]中在開關(guān)電容濾波器中間加上一部分有源結(jié)構(gòu)，使得濾波器的零極點，因此濾波器的逼近特性更趨近與理想，相比于不加寬能夠更大，同時因為有源模塊的加入，整體濾波器速度也得出的結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。

圖 1-3 文獻(xiàn)[32]提出的電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種能夠應(yīng)用于傳感器的低功耗 4 階貝 AB 類放大器，通過改善放大器和共模反饋結(jié)構(gòu)來使用 0.6μmBi-CMOS 工藝進(jìn)行流片，整體面積為 整體功耗為 5.54mW。設(shè)計了一款能夠應(yīng)用于微傳感器的開關(guān)電容低通8KHz 時，此時低通截止頻率為 1KHz。該設(shè)計中術(shù)，使得濾波器中的非理想因素得到良好的改善，得到了很大的提升。最終設(shè)計出來的濾波器通帶增置誤差降為原來的千分之一，由 2mV 變?yōu)?2μV。關(guān)電容低通橢圓濾波器，主要應(yīng)用于醫(yī)療電子。文算放大器相結(jié)合，使得濾波器具有良好的選頻特HZ 以上的信號有很好的抑制效果。文獻(xiàn)[36]設(shè)計關(guān)電容濾波器，設(shè)計對于時鐘饋通引起的電路非線

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡鵬飛;謝亮;金湘亮;;帶寬可調(diào)高階開關(guān)電容濾波器的設(shè)計[J];微電子學(xué);2015年03期

2 吳愛丹;;開關(guān)電容橢圓低通濾波器的設(shè)計[J];浙江外國語學(xué)院學(xué)報;2013年04期

3 朱凱;萬培元;林平分;;一種高線性度R-MOS-C帶通濾波器設(shè)計[J];科技信息;2013年13期

4 常杰;劉詩斌;;開關(guān)電容低通濾波器的設(shè)計[J];電子設(shè)計工程;2012年08期

5 黃洪全;孫良凱;;有源濾波器與開關(guān)電容濾波器的性能比較[J];電子元器件應(yīng)用;2011年06期

6 杜大海;熊飛;林云松;;高線性度低功耗的4階開關(guān)電容低通濾波器[J];半導(dǎo)體技術(shù);2010年12期

7 孫金中;馮炳軍;;一種八階開關(guān)電容帶通濾波器的設(shè)計[J];微計算機(jī)信息;2010年11期

8 范濤;彭杰;張崢;袁國順;黃強(qiáng);;帶通開關(guān)電容濾波器的設(shè)計和仿真方法[J];微電子學(xué)與計算機(jī);2009年12期

9 湯云超;徐雄;;用于紋波計數(shù)的開關(guān)電容濾波器設(shè)計[J];電子器件;2009年05期

10 陳恒江;劉明峰;郭良權(quán);王成;;一種高增益帶寬CMOS全差分運算放大器的設(shè)計[J];微電子學(xué);2009年02期

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1 馬月超;高階線性相位開關(guān)電容濾波器設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號：2771082