基于OTA的有源Gm-C复数带通滤波器的设计

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在射频前端芯片的设计中,高集成度成为设计师们关注的焦点。就目前射频前端芯片来说,实现中频滤波器的片上集成是提高芯片集成度的最有效手段,有源Gm-C滤波器就是一种可集成具有较高性能的滤波器。

 

Gm-C滤波器的实现方式有很多种,常见的结构主要有Biquad结构、Gyrator结构和Leapfrog结构。Biquad结构简单,易于调谐,但是阶数较低,Q值不够高,一般在3左右。Leapfrog结构受Gm单元直流偏移的影响很小,但是设计过程较为繁琐。本文采用Gyrator结构,其实现方法简单,电路原理清晰,有较好的电性能,但Gyrator对浮地电容的复数变换在很多文献中都没有详细的介绍和论证,在椭圆函数复数滤波器的设计中会遇到很大困难。笔者对一些类似的变换结构进行了分析,经过对电容传输函数的推导,总结出浮地电容的复数变换理论和方法。

 

1 Gm-C有源低通滤波器的设计

 

首先介绍一种有源浮地电感,结构如图1所示。

 

  

即此结构的输入输出电压电流特性等效为一个差分的浮地电感,可以利用这一特性,将LC原型滤波器中的电感进行替换,从而实现一个只含有OTA和电容的滤波器。

 

 

 

本文设计了一个带宽为1 MHz、30 dB阻带起始频率为3 MHz的椭圆函数低通滤波器,通带波纹为0.5 dB,并且要求滤波器具有一定的增益。

 

通过ADS(advanced design system)所提供的滤波器设计功能,得到如图2所示的低通原型滤波器。

 

 

根据滤波器实际的输入输出阻抗换算出各电抗元件的实际值,然后将电路中的电感用上面提到的有源电感进行替换,得到如图3所示的结构。

 

 

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