CN108418568B - 一种电流复用式低通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电流复用式低通滤波器，包括：第一基本跨导单元Gm1，第二基本跨导单元Gm2，第三基本跨导单元Gm3，第四基本跨导单元Gm4，电容C1和电容C2；第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2采用电流复用技术，共用一组电流源，形成一个整体，第三基本跨导单元Gm3和第四基本跨导单元Gm4通过电流复用结构形成一个整体。电流复用式低通滤波器能够实现片上集成的Gm‑C低通滤波器。该低通滤波器能够解决了传统低通滤波器的截止频率和芯片面积存在矛盾的问题，并且能够有效降低功耗。
Description
技术领域
本发明主要涉及集成电路技术设计领域，特别涉及一种电流复用式的Gm-C低通滤波器。该低通滤波器在低功耗、微型化电子设备中可以得到广泛应用。
背景技术
当今医疗电子产品向着低功耗、微型化、高效化不断发展。例如无线体域网、可穿戴和可植入医疗设备等新兴电子设备领域，一方面需要满足体积较小重量较轻以及具有较长时间的续航能力的要求，另一方面要得到尽可能得到高质量的人体生物电信号。人体生物电信号的频率范围通常在150Hz左右，幅度只有uV～mV量级，极易受到噪声干扰。目前能够有效降低噪声的方法是通过斩波，自调零等技术将人体生物电信号进行调制、放大、解调和低通滤波。在这个过程中，低通滤波器能够有效滤除毛刺和信号调制产生的高频纹波，是获得高质量信号的关键。
在CMOS集成电路工艺中，滤波器可以有多种实现结构。常用的RC低通滤波器虽然具有良好的线性度，但是人体信号的频率较低，在这里我们要获得150Hz左右的截止频率，电阻和电容的值都要做的很大，带来极大的面积成本。Gm-C滤波器和开关电容滤波器并不占用过多的芯片面积，但二者比较，Gm-C滤波器可以实现更低的功耗，并且无需考虑开关引起的噪声误差。
最基本的Gm-C滤波器是由两部分构成的：基本跨导单元和电容，如图1所示。Gm-C滤波器是一种连续时间的模拟有源滤波器。基本跨导单元由MOS管实现，用来产生一个很小的跨导Gm值，在输出呈现很高的阻抗，从而省去了电阻。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种电流复用式低通滤波器，包括：第一基本跨导单元Gm1，第二基本跨导单元Gm2，第三基本跨导单元Gm3，第四基本跨导单元Gm4，电容C1和电容C2；
第一基本跨导单元Gm1第一端与电源Vin+连接，第一基本跨导单元Gm1第二端与第二基本跨导单元Gm2第二端连接，第一基本跨导单元Gm1第三端分别与电容C1第一端和第三基本跨导单元Gm3第一端连接；
第二基本跨导单元Gm2第一端与电源Vin-连接，第二基本跨导单元Gm2第三端分别与电容C1第二端和第四基本跨导单元Gm4第一端连接；
第三基本跨导单元Gm3第二端与第四基本跨导单元Gm4第二端连接；第三基本跨导单元Gm3第三端分别与Vout+和电容C2第一端连接，
第四基本跨导单元Gm4第三端分别与Vout-和电容C2第二端连接；
第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2采用电流复用技术，共用一组电流源，形成一个整体，第三基本跨导单元Gm3和第四基本跨导单元Gm4通过电流复用结构形成一个整体。
优选地，第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2之间设有电流复用结构；
电流复用结构用于使第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2之间的每条相应的支路上共用一路电流，提升电流利用效率，降低功耗；第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2采用均为单位增益负反馈接法，使得低频下该滤波器的增益为1。
优选地，第一基本跨导单元Gm1设有第一自适应S极负反馈结构；
第二基本跨导单元Gm2设有第二自适应S极负反馈结构；
第一自适应S极负反馈结构包括：第二十一MOS管M21，第十六MOS管M16以及第十七MOS管M17；
第二自适应S极负反馈结构包括：第十二MOS管M12，第十三MOS管M13以及第六MOS管M6；
第二十一MOS管M21的D极和G极分别与第二十六MOS管M26的G极，第十六MOS管M16G极，第十七MOS管M17 G极连接；第二十六MOS管M26G极连接偏置电压，第二十六MOS管M26S极连接电源；
第二十一MOS管M21的S极连接第十六MOS管M16D极，第十七MOS管M17S极以及电流复用结构G极；
第十六MOS管M16S极分别连接电流复用结构E极和第一电流分割结构；
第十七MOS管M17S极分别连接电流复用结构I极和第二电流分割结构；
第六MOS管M6的D极和G极分别与第十二MOS管M12G极，第十三MOS管M13G极，第三MOS管M3D极连接，第三MOS管M3G极连接偏置电压，第三MOS管M3S极接地；
第六MOS管M6S极分别连接第十二MOS管M12D极，第十三MOS管M13S极以及电流复用结构H极；
第十二MOS管M12S极分别连接电流复用结构F极和第三电流分割结构；
第十三MOS管M13D极分别连接电流复用结构J极和第四电流分割结构。
优选地，第一电流分割结构包括：第十九MOS管M19和第二十MOS管M20；
第二电流分割结构包括：第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23；
第三电流分割结构包括：第七MOS管M7和第八MOS管M8；
第四电流分割结构包括：第九MOS管M9和第十MOS管M10；
第七MOS管M7的S极和第八MOS管M8的S极连接，M7的G极和第八MOS管M8的G极连接、第七MOS管M7的D极接地；第八MOS管M8的D极和第二M2MOS管的D极连接、第八MOS管M8的S极和第十二MOS管M12的S极连接。第九MOS管M9的S极和第十MOS管M10的S极连接，第九MOS管M9的G极和第十MOS管M10的G极连接，第九MOS管M9的S极和第十三MOS管M13的D极连接，第十MOS管M10的D极接地；第十九MOS管M19的S极和第二十MOS管M20的S极连接，第十九MOS管M19的G极和第二十MOS管M20的G极连接、第十九MOS管M19的D极接电源。第二十MOS管M20的D极和第二十五MOS管M25的D极连接、第二十MOS管M20的S极和第十六MOS管M16的S极连接。第二十二MOS管M22的S极和第二十三MOS管M23的S极连接，第二十二MOS管M22的G极和第二十三MOS管M23的G极连接，第二十二MOS管M22的S极和M17的D极连接，M23的D极接电源；
其中第九MOS管M9和第十MOS管M10、第八MOS管M8和第七MOS管M7、第二十MOS管M20和第十九MOS管M19、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23的尺寸比均为1：N，实现对电流的分割。
优选地，电流复用结构包括：钳位放大器AMP、第二十九MOS管M29，第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32，第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36，第三十七MOS管M37；
第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32和第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的宽长比分别是第二十九MOS管M29和第三十三MOS管M33的n倍；
放大器AMP的反相输入端和基准电压VREF连接，同相输入端和第三十三MOS管M33的S极连接，输出端和第三十七MOS管M37的G极连接。第二十九MOS管M29的G极和D极连接；电流源IB的两端分别接地和第二十九MOS管M29的D极；第三十三MOS管M33的D极和G极连接；第三十七MOS管M37的D极和第三十三MOS管M33的D极连接，S极和电源连接第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的G极连接，第二十九MOS管M29、第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32的G极连接；第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的S极分别和第二十九MOS管M29、第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32的S极连接。
优选地，第一MOS管M1，第二MOS管M2，第三MOS管M3，第四MOS管M4，第五MOS管M5的S极接地，第二MOS管M2和第四MOS管M4的G极和D极连接；第一MOS管M1的G极和第二MOS管M2的D极连接；第一MOS管M1的D极和第十一MOS管M11的D极连接；第三MOS管M3的G极接偏置电压VBIAS1；第五MOS管M5的G极和第四MOS管M4的D极连接，第五MOS管M5的D极和第十四MOS管M14的D极连接；第十一M11MOS管的G极和D极连接，S极和第十五MOS管M15的S极连接；
第十四MOS管M14的G极和第十一MOS管M11的D极连接，S极和第十八MOS管M18的S极连接；第十五MOS管M15的G极和D极连接；第十八MOS管M18的G极和第十五MOS管的G极连接，D极和第二十八M28MOS管的D极连接；
第二十四MOS管M24，第二十五MOS管M25，第二十六MOS管M26，第二十七MOS管M27，第二十八MOS管M28的S极和电源连接。第二十四MOS管M24的D极和第十五MOS管M15的D极连接，G极和第二十五MOS管M25的G极连接；第二十五MOS管M25的G极和D极连接。第二十六MOS管M26的G极和偏置电压VBIAS2连接；第二十七MOS管M27的G极和D极连接，第二十八MOS管M28的G极和第二十七MOS管M27的G极连接。
优选地，所述电流复用结构还包括：复用电流源L1、L2、L3；其中L1的E端和第十六MOS管M16的S极连接，F端和第十二MOS管M12的S极连接。其中L2的G端和第十六MOS管M16的D极连接，H端和第十二MOS管M12的D极连接。其中L3的I端和第十七MOS管M17的D极连接，J端和第十三MOS管M13的D极连接。
优选地，将电流复用式低通滤波器的阶数选定为二阶，其传递函数和截止频率分别等式和给出；
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
电流复用式低通滤波器能够实现片上集成的Gm-C低通滤波器。该低通滤波器能够解决了传统低通滤波器的截止频率和芯片面积存在矛盾的问题，并且能够有效降低功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为Gm-C滤波器基本结构；
图2为电流复用式二阶Gm-C低通滤波器整体框图；
图3为第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2电路实现形式；
图4为电流复用结构电路实现形式；
图5为低通滤波器的幅频特性曲线。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种电流复用式低通滤波器，如图2至5所示，包括：第一基本跨导单元Gm1，第二基本跨导单元Gm2，第三基本跨导单元Gm3，第四基本跨导单元Gm4，电容C1和电容C2；
第一基本跨导单元Gm1第一端与电源Vin+连接，第一基本跨导单元Gm1第二端与第二基本跨导单元Gm2第二端连接，第一基本跨导单元Gm1第三端分别与电容C1第一端和第三基本跨导单元Gm3第一端连接；
第二基本跨导单元Gm2第一端与电源Vin-连接，第二基本跨导单元Gm2第三端分别与电容C1第二端和第四基本跨导单元Gm4第一端连接；
第三基本跨导单元Gm3第二端与第四基本跨导单元Gm4第二端连接；第三基本跨导单元Gm3第三端分别与Vout+和电容C2第一端连接，第四基本跨导单元Gm4第三端分别与Vout-和电容C2第二端连接；第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2采用电流复用技术，共用一组电流源，形成一个整体，第三基本跨导单元Gm3和第四基本跨导单元Gm4通过电流复用结构形成一个整体。
Gm1～Gm4是基本跨导单元，C1和C2是片内mim电容，它们构成了一个二阶Gm-C低通滤波器。其中所述第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2采用电流复用技术，共用一组电流源，形成一个整体，结构如图3所示。同样的，所述第三跨导单元和第四跨导单元也通过电流复用结构形成一个整体。电容C1的两端分别于Gm1和Gm2的输出端连接。电容C2的两端分别与Gm3和Gm4的输出端相连接。
本实施例中，第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2之间设有电流复用结构1；
电流复用结构1用于使第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2之间的每条相应的支路上共用一路电流，提升电流利用效率，降低功耗；第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2采用均为单位增益负反馈接法，使得低频下该滤波器的增益为1。
本实施例中，第一基本跨导单元Gm1设有第一自适应S极负反馈结构2；第二基本跨导单元Gm2设有第二自适应S极负反馈结构3；第一自适应S极负反馈结构2包括：第二十一MOS管M21，第十六MOS管M16以及第十七MOS管M17；第二自适应S极负反馈结构3包括：第十二MOS管M12，第十三MOS管M13以及第六MOS管M6；第二十一MOS管M21的D极和G极分别与第二十六MOS管M26的G极，第十六MOS管M16G极，第十七MOS管M17 G极连接；第二十六MOS管M26G极连接偏置电压，第二十六MOS管M26S极连接电源；第二十一MOS管M21的S极连接第十六MOS管M16D极，第十七MOS管M17S极以及电流复用结构1G极；第十六MOS管M16S极分别连接电流复用结构1E极和第一电流分割结构4；第十七MOS管M17S极分别连接电流复用结构1I极和第二电流分割结构5；第六MOS管M6的D极和G极分别与第十二MOS管M12G极，第十三MOS管M13G极，第三MOS管M3D极连接，第三MOS管M3G极连接偏置电压，第三MOS管M3S极接地；第六MOS管M6S极分别连接第十二MOS管M12D极，第十三MOS管M13S极以及电流复用结构1H极；第十二MOS管M12S极分别连接电流复用结构1F极和第三电流分割结构6；第十三MOS管M13D极分别连接电流复用结构1J极和第四电流分割结构7。
本实施例中，第一电流分割结构4包括：第十九MOS管M19和第二十MOS管M20；第二电流分割结构5包括：第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23；第三电流分割结构6包括：第七MOS管M7和第八MOS管M8；第四电流分割结构7包括：第九MOS管M9和第十MOS管M10；第七MOS管M7的S极和第八MOS管M8的S极连接，M7的G极和第八MOS管M8的G极连接、第七MOS管M7的D极接地；第八MOS管M8的D极和第二M2MOS管的D极连接、第八MOS管M8的S极和第十二MOS管M12的S极连接。第九MOS管M9的S极和第十MOS管M10的S极连接，第九MOS管M9的G极和第十MOS管M10的G极连接，第九MOS管M9的S极和第十三MOS管M13的D极连接，第十MOS管M10的D极接地；第十九MOS管M19的S极和第二十MOS管M20的S极连接，第十九MOS管M19的G极和第二十MOS管M20的G极连接、第十九MOS管M19的D极接电源。第二十MOS管M20的D极和第二十五MOS管M25的D极连接、第二十MOS管M20的S极和第十六MOS管M16的S极连接。第二十二MOS管M22的S极和第二十三MOS管M23的S极连接，第二十二MOS管M22的G极和第二十三MOS管M23的G极连接，第二十二MOS管M22的S极和M17的D极连接，M23的D极接电源；
其中第九MOS管M9和第十MOS管M10、第八MOS管M8和第七MOS管M7、第二十MOS管M20和第十九MOS管M19、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23的尺寸比均为1：N，实现对电流的分割。
本实施例中，电流复用结构1包括：钳位放大器AMP、第二十九MOS管M29，第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32，第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36，第三十七MOS管M37；第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32和第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的宽长比分别是第二十九MOS管M29和第三十三MOS管M33的n倍；放大器AMP的反相输入端和基准电压VREF连接，同相输入端和第三十三MOS管M33的S极连接，输出端和第三十七MOS管M37的G极连接。第二十九MOS管M29的G极和D极连接；电流源IB的两端分别接地和第二十九MOS管M29的D极；第三十三MOS管M33的D极和G极连接；第三十七MOS管M37的D极和第三十三MOS管M33的D极连接，S极和电源连接第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的G极连接，第二十九MOS管M29、第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32的G极连接；第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的S极分别和第二十九MOS管M29、第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32的S极连接。
本实施例中，第一MOS管M1，第二MOS管M2，第三MOS管M3，第四MOS管M4，第五MOS管M5的S极接地，第二MOS管M2和第四MOS管M4的G极和D极连接；第一MOS管M1的G极和第二MOS管M2的D极连接；第一MOS管M1的D极和第十一MOS管M11的D极连接；第三MOS管M3的G极接偏置电压VBIAS1；第五MOS管M5的G极和第四MOS管M4的D极连接，第五MOS管M5的D极和第十四MOS管M14的D极连接；第十一M11MOS管的G极和D极连接，S极和第十五MOS管M15的S极连接；第十四MOS管M14的G极和第十一MOS管M11的D极连接，S极和第十八MOS管M18的S极连接；第十五MOS管M15的G极和D极连接；第十八MOS管M18的G极和第十五MOS管的G极连接，D极和第二十八M28MOS管的D极连接；第二十四MOS管M24，第二十五MOS管M25，第二十六MOS管M26，第二十七MOS管M27，第二十八MOS管M28的S极和电源连接。第二十四MOS管M24的D极和第十五MOS管M15的D极连接，G极和第二十五MOS管M25的G极连接；第二十五MOS管M25的G极和D极连接。第二十六MOS管M26的G极和偏置电压VBIAS2连接；第二十七MOS管M27的G极和D极连接，第二十八MOS管M28的G极和第二十七MOS管M27的G极连接。
本实施例中，所述电流复用结构还包括：复用电流源L1、L2、L3；其中L1的E端和第十六MOS管M16的S极连接，F端和第十二MOS管M12的S极连接。其中L2的G端和第十六MOS管M16的D极连接，H端和第十二MOS管M12的D极连接。其中L3的I端和第十七MOS管M17的D极连接，J端和第十三MOS管M13的D极连接。将电流复用式低通滤波器的阶数选定为二阶，其传递函数和截止频率分别等式1和2给出；
第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2的电路实现形式，MOS管M1～M5的S极接地，MOS管M2和M4的G极和D极连接。M1的G极和M2的D极连接。M1的D极和M11的D极连接。M3的G极接偏置电压VBIAS1。M5的G极和M4的D极连接，M5的D极和M14的D极连接。M11的G极和D极连接，S极和M15的S极连接。M14的G极和M11的D极连接，S极和M18的S极连接。M15的G极和D极连接。M18的G极和M15的G极连接，D极和M28的D极连接。M24～M28的S极和电源连接。M24的D极和M15的D极连接，G极和M25的G极连接。M25的G极和D极连接。M26的G极和偏置电压VBIAS2连接。M27的G极和D极连接，M28的G极和M27的G极连接。
第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2的电路结构中，所述自适应S极负反馈结构包括：M6、M12、M13、M16、M17、M21。其中M6的D极和M3的D极连接，M6的G极和D极连接。M6的S极、M13的S极、M12的D极连接。M12、M13、M16的G极连接。M21的D极和M26的D极连接，M21的G极和D极连接。M17的S极、M21的S极、M16的D极连接。M16、M17、M21的G极连接。
第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2的电路结构中，所述电流分割结构包括：M7、M8、M9、M10、M19、M20、M22、M23。
第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2的电路结构中，所述电流复用结构包括：复用电流源L1、L2、L3。其中L1的E端和M16的S极连接，F端和M12的S极连接。其中L2的G端和M16的D极连接，H端和M12的D极连接。其中L3的I端和M17的D极连接，J端和M13的D极连接。
电流复用结构包括钳位放大器AMP、MOS管M29～M37。具体电路实现形式如图4所示。其中M30～M32和M34～M36的宽长比分别是M29和M33的n倍。其中，放大器AMP的反相输入端和基准电压VREF连接，同相输入端和MOS管M33的S极连接，输出端和M37的G极连接。M29的G极和D极连接。电流源IB的两端分别接地和M29的D极。M33的D极和G极连接。M37的D极和M33的D极连接，S极和电源连接。M33、M34、M35、M36的G极连接，M29、M30、M31、M32的G极连接。M33、M34、M35、M36的S极分别和M29、M30、M31、M32的S极连接。
第三跨导单元Gm3和第四跨导单元Gm4的具体电路实现形式与第一基本跨导单元Gm1和第二基本跨导单元Gm2结构相同。
图5给出了本发明的幅频特性曲线。仿真结果表明，本发明可以实现150Hz左右的截止频率。
考虑到性能与面积、功耗的折中，在本发明中将滤波器的阶数选定为二阶，其传递函数和截止频率分别等式1和2给出。
所述第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2的电路实现形式。其中的电流复用结构包含了第一复用电流源L1、第二复用电流源L2、第三复用电流源L3。电流复用结构的使用保证了Gm1和Gm2的每条相应的支路上共用一路电流，从而提升电流利用效率，降低功耗。每一个跨导单元采用的都是单位增益负反馈接法，使得低频下该滤波器的增益为1。
第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17工作在线性区。第三MOS管M3、第六MOS管M6、第二十一MOS管M21、第二十六MOS管M26起到控制线性区MOS管栅压的作用。实现自适应S极负反馈结构。
电流分割结构宽长比为M+1的MOSFET分成一个宽长比为M的MOSFET和一个宽长比为1的MOSFET。流过M02的电流是M01的1/(M+1)，等效跨导Gm＝gm/(M+1)。和没有使用电流分割方法的结构相比，等效跨导仅是原来的1/(M+1)。所述电流分割结构包含第九MOS管M9和第十MOS管M10、第八MOS管M8和第七MOS管M7、第二十MOS管M20和第十九MOS管M19、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23。其尺寸比均为1：N，实现对电流的分割。
电流复用结构的电路实现形式，IB提供基准电流，M29和M30、M31、M32，M33和M34、M35、M36构成电流镜。钳位运算放大器AMP，PMOS管M37和NMOS管M33形成一个负反馈环路，AMP的反相端与基准电压相连，从而把A点的电压箝位在VREF处，这里VREF＝0.5电源。A、B、C、D点电位等于VREF。图3中的E、F、G、H、I、G均为高阻节点，并且与图4相应的节点保持对应。其中M30～M32和M34～M36的宽长比分别是M29和M33的n倍，这样流过B、C、D节点所在支路的电流比IB扩大了n倍，从而为第一跨导单元Gm1和第二跨导单元Gm2提供电流。和传统的单端电流源相比，电流复用结构中的电流源L1～L3的两个输出端均为MOS管的D极，因而都是高阻节点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种电流复用式低通滤波器，其特征在于，包括：第一基本跨导单元（Gm1），第二基本跨导单元（Gm2），第三基本跨导单元（Gm3），第四基本跨导单元（Gm4），电容C1和电容C2；
第一基本跨导单元（Gm1）第一端与电源Vin+连接，第一基本跨导单元（Gm1）第二端与第二基本跨导单元（Gm2）第二端连接，第一基本跨导单元（Gm1）第三端分别与电容C1第一端和第三基本跨导单元（Gm3）第一端连接；
第二基本跨导单元（Gm2）第一端与电源Vin-连接，第二基本跨导单元（Gm2）第三端分别与电容C1第二端和第四基本跨导单元（Gm4）第一端连接；
第三基本跨导单元（Gm3）第二端与第四基本跨导单元（Gm4）第二端连接；第三基本跨导单元（Gm3）第三端分别与Vout+和电容C2第一端连接，
第四基本跨导单元（Gm4）第三端分别与Vout-和电容C2第二端连接；
第一基本跨导单元（Gm1）和第二基本跨导单元（Gm2）采用第一电流复用结构，共用一组电流源，形成一个整体，第三基本跨导单元（Gm3）和第四基本跨导单元（Gm4）通过第二电流复用结构形成一个整体；
第一基本跨导单元（Gm1）和第二基本跨导单元（Gm2）之间设有第一电流复用结构（1）；
第一电流复用结构（1）用于使第一基本跨导单元（Gm1）和第二基本跨导单元（Gm2）之间的每条相应的支路上共用一路电流，提升电流利用效率，降低功耗；第一基本跨导单元（Gm1）和第二基本跨导单元（Gm2）采用均为单位增益负反馈接法，使得低频下该滤波器的增益为1；
第一基本跨导单元（Gm1）设有第一自适应S极负反馈结构（2）；
第二基本跨导单元（Gm2）设有第二自适应S极负反馈结构（3）；
第一自适应S极负反馈结构（2）包括：第二十一MOS管M21，第十六MOS管M16以及第十七MOS管M17；
第二自适应S极负反馈结构（3）包括：第十二MOS管M12，第十三MOS管M13以及第六MOS管M6；
第二十一MOS管M21的D极和G极分别与第二十六MOS管M26的D极，第十六MOS管M16G极，第十七MOS管M17 G极连接；第二十六MOS管M26G极连接偏置电压，第二十六MOS管M26S极连接电源；
第二十一MOS管M21的S极连接第十六MOS管M16D极，第十七MOS管M17S极以及第一电流复用结构（1）G极；
第十六MOS管M16S极分别连接第一电流复用结构（1）E极和第一电流分割结构（4）；
第十七MOS管M17的D极分别连接第一电流复用结构（1）I极和第二电流分割结构（5）；
第六MOS管M6的D极和G极分别与第十二MOS管M12G极，第十三MOS管M13G极，第三MOS管M3D极连接，第三MOS管M3G极连接偏置电压，第三MOS管M3S极接地；
第六MOS管M6S极分别连接第十二MOS管M12D极，第十三MOS管M13S极以及第一电流复用结构（1）H极；
第十二MOS管M12S极分别连接第一电流复用结构（1）F极和第三电流分割结构（6）；
第十三MOS管M13D极分别连接第一电流复用结构（1）J极和第四电流分割结构（7）。
2.根据权利要求1所述的电流复用式低通滤波器，其特征在于，
第一电流分割结构（4）包括：第十九MOS管M19和第二十MOS管M20；
第二电流分割结构（5）包括：第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23；
第三电流分割结构（6）包括：第七MOS管M7和第八MOS管M8；
第四电流分割结构（7）包括：第九MOS管M9和第十MOS管M10；
第七MOS管M7的S极和第八MOS管M8的S极连接，M7的G极和第八MOS管M8的G极连接、第七MOS管M7的D极接地；第八MOS管M8的D极和第二M2MOS管的D极连接、第八MOS管M8的S极和第十二MOS管M12的S极连接；第九MOS管M9的S极和第十MOS管M10的S极连接，第九MOS管M9的G极和第十MOS管M10的G极连接，第九MOS管M9的S极和第十三MOS管M13的D极连接，第十MOS管M10的D极接地；第十九MOS管M19的S极和第二十MOS管M20的S极连接，第十九MOS管M19的G极和第二十MOS管M20的G极连接、第十九MOS管M19的D极接电源；第二十MOS管M20的D极和第二十五MOS管M25的D极连接、第二十MOS管M20的S极和第十六MOS管M16的S极连接；第二十二MOS管M22的S极和第二十三MOS管M23的S极连接，第二十二MOS管M22的G极和第二十三MOS管M23的G极连接，第二十二MOS管M22的S极和M17的D极连接，M23的D极接电源；
其中第九MOS管M9和第十MOS管M10、第八MOS管M8和第七MOS管M7、第二十MOS管M20和第十九MOS管M19、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23的尺寸比均为1：N，实现对电流的分割。
3.根据权利要求2所述的电流复用式低通滤波器，其特征在于，
第一电流复用结构（1）包括：钳位放大器AMP、第二十九MOS管M29，第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32，第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36，第三十七MOS管M37；
第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32和第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的宽长比分别是第二十九MOS管M29和第三十三MOS管M33的n倍；
放大器AMP的反相输入端和基准电压VREF连接，同相输入端和第三十三MOS管M33的S极连接，输出端和第三十七MOS管M37的G极连接；第二十九MOS管M29的G极和D极连接；电流源IB的两端分别接地和第二十九MOS管M29的D极；第三十三MOS管M33的D极和G极连接；第三十七MOS管M37的D极和第三十三MOS管M33的D极连接，S极和电源连接第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的G极连接，第二十九MOS管M29、第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32的G极连接；第三十三MOS管M33，第三十四MOS管M34，第三十五MOS管M35，第三十六MOS管M36的S极分别和第二十九MOS管M29、第三十MOS管M30，第三十一MOS管M31，第三十二MOS管M32的S极连接。
4.根据权利要求3所述的电流复用式低通滤波器，其特征在于，
第一MOS管M1，第二MOS管M2，第三MOS管M3，第四MOS管M4，第五MOS管M5的S极接地，第二MOS管M2和第四MOS管M4的G极和D极连接；第一MOS管M1的G极和第二MOS管M2的D极连接；第一MOS管M1的D极和第十一MOS管M11的D极连接；第三MOS管M3的G极接偏置电压VBIAS1；第五MOS管M5的G极和第四MOS管M4的D极连接，第五MOS管M5的D极和第十四MOS管M14的D极连接；第十一M11MOS管的G极和D极连接，S极和第十五MOS管M15的S极连接；
第十四MOS管M14的G极和第十一MOS管M11的D极连接，S极和第十八MOS 管M18的S极连接；第十五MOS管M15的G极和D极连接；第十八MOS 管M18的G极和第十五MOS管的G极连接，D极和第二十八M28MOS管的D极连接；
第二十四MOS管M24，第二十五MOS管M25，第二十六MOS管M26，第二十七MOS管M27，第二十八MOS管M28的S极和电源连接；第二十四MOS管M24的D极和第十五MOS管M15的D极连接，G极和第二十五MOS管M25的G极连接；第二十五MOS管M25的G极和D极连接；第二十六MOS管M26的G极和偏置电压VBIAS2连接；第二十七MOS管M27的G极和D极连接，第二十八MOS管M28的G极和第二十七MOS管M27的G极连接。
5.根据权利要求3所述的电流复用式低通滤波器，其特征在于，
所述第一电流复用结构还包括：复用电流源L1、L2、L3；其中L1的E端和第十六MOS管M16的S极连接，F端和第十二MOS管M12的S极连接；其中L2的G端和第十六MOS管M16的D极连接，H端和第十二MOS管M12的D极连接；其中L3的I端和第十七MOS管M17的D极连接，J端和第十三MOS管M13的D极连接。
6.根据权利要求1所述的电流复用式低通滤波器，其特征在于，
将电流复用式低通滤波器的阶数选定为二阶，其传递函数和截止频率分别等式（1）和（2）给出；
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Denomination of invention: A current multiplexing low-pass filter Effective date of registration: 20211104 Granted publication date: 20210514 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Jinan Branch Pledgor: Chaoyue Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000126 |
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Date of cancellation: 20230413 Granted publication date: 20210514 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Jinan Branch Pledgor: Chaoyue Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021370000126 |