一種新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器*

李航標(biāo)

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

0 引 言

基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工藝的接收機(jī)由于成本低、集成度高，廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信和導(dǎo)航系統(tǒng)中[1-5]。作為接收機(jī)重要組成部分，有源低通濾波器用于抑制不期望通過(guò)的信號(hào)和噪聲[6-8]。有源低通濾波器的帶寬主要由組成濾波器的電容和電阻決定。

文獻(xiàn)[9]在0.18 μm CMOS工藝下，通過(guò)改變輸出緩沖器電流調(diào)節(jié)濾波器特性，由于不需要大的電容陣列，減小了芯片面積，在0.13 mm2硅上實(shí)現(xiàn)了一款在0.3～1 MHz頻率范圍內(nèi)可調(diào)的有源RC低通濾波器。該濾波器功耗低、面積小。文獻(xiàn)[10]在0.13 μm CMOS工藝下實(shí)現(xiàn)了一款帶寬在0.4～20 MHz范圍可調(diào)、面向多模應(yīng)用的有源RC濾波器，濾波器電阻、電容可數(shù)字控制。

隨著集成電路工藝線寬不斷減小， 工藝、電壓、溫度(Process,Voltage,Temperature，PVT)波動(dòng)及芯片老化對(duì)有源濾波器帶寬(或截止頻率)影響越來(lái)越大[11]。以上兩款有源濾波器都沒(méi)有給出芯片出現(xiàn)PVT波動(dòng)或老化時(shí)，如何應(yīng)對(duì)濾波器帶寬受到的影響。為了解決芯片PVT波動(dòng)及老化對(duì)濾波器帶寬的影響，文獻(xiàn)[12]在0.18 μm標(biāo)準(zhǔn)工藝下，實(shí)現(xiàn)了一款用于ZigBee的有源RC濾波器。該濾波器使用極點(diǎn)級(jí)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)3 MHz帶寬。為減小PVT波動(dòng)及老化對(duì)濾波器帶寬的影響，使用主-從校準(zhǔn)策略調(diào)節(jié)濾波器帶寬。從濾波器是主濾波器的復(fù)制，通過(guò)觀測(cè)并調(diào)節(jié)從濾波器的頻率響應(yīng)，得到期望帶寬的濾波器電容，并應(yīng)用于主濾波器。文獻(xiàn)[13]基于0.35 μm SiGe 雙極互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor，BiCMOS)工藝使用鎖相環(huán)和濾波器主-從校準(zhǔn)策略設(shè)計(jì)了一款帶寬可自動(dòng)調(diào)節(jié)的多模濾波器，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于4%的帶寬校準(zhǔn)精度。文獻(xiàn)[14]基于0.18 μm CMOS工藝使用主-從校準(zhǔn)策略設(shè)計(jì)了一款用于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)的可自動(dòng)校準(zhǔn)有源RC濾波器，可以實(shí)現(xiàn)5%的帶寬校準(zhǔn)精度。文獻(xiàn)[15]使用主-從校準(zhǔn)策略調(diào)節(jié)濾波器帶寬，使用片外數(shù)字電路和軟件配合片上電路檢測(cè)主濾波器的時(shí)間常數(shù)變化，進(jìn)行帶寬校準(zhǔn)，濾波器帶寬校準(zhǔn)精度可以達(dá)到3.4%。文獻(xiàn)[12-16]中，濾波器校準(zhǔn)使用主-從校準(zhǔn)策略均存在兩個(gè)弊端：第一，在主濾波器和從濾波器電路之間存在PVT和電路偏差，將主/從濾波器的校準(zhǔn)結(jié)果使用于從/主濾波器是存在誤差的；第二，CMOS工藝下，為了校準(zhǔn)一個(gè)濾波器，在硅上多設(shè)計(jì)一個(gè)額外的類似的濾波器，必然占用更多的芯片面積。

為了解決以上問(wèn)題，本文提出一種新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器，通過(guò)時(shí)域采樣有源低通濾波器對(duì)輸入的響應(yīng)，并與參考電壓進(jìn)行比較，算法電路根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整濾波器電容大小，自動(dòng)搜索到最佳的濾波器帶寬。采用直接對(duì)目標(biāo)濾波器帶寬進(jìn)行校準(zhǔn)，不但可以消除芯片PVT波動(dòng)及老化對(duì)濾波器帶寬的影響，而且可以克服主-從校準(zhǔn)策略中引入的帶寬誤差，達(dá)到更高的校準(zhǔn)精度；同時(shí)節(jié)約芯片面積，使用方便、靈活。

1 新型有源低通濾波器帶寬校準(zhǔn)原理

圖1所示的電流輸入電壓輸出有源低通濾波器，當(dāng)在0時(shí)刻濾波器差分輸入端正端施加一個(gè)電流脈沖+Iin、負(fù)端施加一個(gè)電流脈沖-Iin時(shí)，濾波器輸出電壓

VO=-Rf·2Iin(1-2·e-t/(Rf·Cf)) 。

(1)

式中：Rf和Cf是濾波器的電阻和電容，t表示時(shí)間。電阻RP1、RM1阻值均為Rf，電容CP1和CM1容值均為Cf。

圖1 電流輸入電壓輸出有源低通濾波器

用Δt表示從濾波器輸入端施加電流脈沖開(kāi)始到VO變成0之間的時(shí)間差，令VO= 0，則有

Rf·2Iin(1-2·e-Δt/(Rf·Cf))=0 ，

(2)

從而得到

Δt=Rf·Cfln 2=ln 2/(2π·f-3 dB) 。

(3)

由公式(2)和(3)可知，在t=Δt采樣濾波器輸出電壓并且和0比較即可判斷該時(shí)刻濾波器帶寬大于期望值還是小于期望值。利用該原理可以進(jìn)行濾波器的帶寬校準(zhǔn)。

由于電路響應(yīng)延遲，Δt會(huì)存在偏差Δτ，從而造成校準(zhǔn)偏差。為消除Δτ對(duì)校準(zhǔn)精度的影響，可以采用兩次校準(zhǔn)，通過(guò)運(yùn)算得到最終校準(zhǔn)結(jié)果。

第一次校準(zhǔn)，Δt=TCK，濾波器差分輸入端正端施加一個(gè)電流脈沖+Iin，負(fù)端施加一個(gè)電流脈沖-Iin，有

TCK+Δτ=Rf·Cf1ln 2=ln 2/(2π·f-3 dB,1) 。

(4)

式中：Cf1表示第一次校準(zhǔn)得到的濾波器電容，f-3 dB,1表示第一次校準(zhǔn)得到的濾波器帶寬。

第二次校準(zhǔn)，Δt=2·TCK，濾波器差分輸入端正端施加一個(gè)電流脈沖+0.5Iin，負(fù)端施加一個(gè)電流脈沖-1.5Iin，有

2·TCK+Δτ=2Rf·Cf2ln 2=2ln 2/(2π·f-3 dB,2)。

(5)

式中：Cf2表示第二次校準(zhǔn)得到的濾波器電容，f-3 dB,2表示第二次校準(zhǔn)得到的濾波器帶寬。將公式(5)和公式(4)做減法運(yùn)算有

TCK=Rf(2Cf2-Cf1)ln 2=ln 2/(2πf-3 dB,F)。

(6)

式中：f-3 dB,F表示經(jīng)過(guò)兩次校準(zhǔn)得到的不受芯片PVT波動(dòng)、老化及電路延遲影響的最終濾波器帶寬。對(duì)應(yīng)的有源濾波器電容為

CF=2·Cf2-Cf1。

(7)

本文基于以上校準(zhǔn)原理，設(shè)計(jì)了一款新型的帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器。

2 新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器

2.1 總體設(shè)計(jì)

本文的新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器主要由可調(diào)帶寬有源低通濾波器、采樣保持電路、電荷釋放電路、電壓比較器、數(shù)字算法電路、時(shí)序控制電路和電流脈沖產(chǎn)生電路構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器框圖

濾波器校準(zhǔn)過(guò)程包含第一次校準(zhǔn)和第二次校準(zhǔn)。采用11位電容控制碼C_CTL<10:0>，每次校準(zhǔn)包含X+1個(gè)校準(zhǔn)步，分別用S0,S1,S2,S3,…,SX表示。校準(zhǔn)帶寬不同，每次校準(zhǔn)步X也可能不同，以確保濾波器的每一位電容控制碼均遍歷到，且找到和期望帶寬對(duì)應(yīng)的最佳濾波器電容值。時(shí)鐘信號(hào)CLK的周期為TCK，頻率為fCK，和濾波器期望帶寬f-3 dB,F滿足fCK=(2π·f-3 dB,F) / ln 2。

在每次校準(zhǔn)的過(guò)程中，電流脈沖產(chǎn)生電路根據(jù)輸入控制信號(hào)CTL2和MODE_SEL產(chǎn)生兩種不同大小的恒定電流脈沖輸出到濾波器差分輸入端。

在信號(hào)CTL1作用下，采樣保持電路在每個(gè)校準(zhǔn)步采樣濾波器的輸出電壓并提供給電壓比較器。電壓比較器將采樣信號(hào)與0比較。VNP和VNM分別表示采樣保持電路對(duì)VOP和VOM的采樣電壓。VNP>VNM時(shí)，濾波器輸出電壓VO> 0，電壓比器輸出為高電平；VNP

數(shù)字算法電路根據(jù)輸入信號(hào)LT，在時(shí)鐘CLK控制下，在兩次校準(zhǔn)過(guò)程中遍歷電容控制碼的每一位，分別搜索得到一個(gè)最優(yōu)的電容控制碼NC1、NC2；在校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)，運(yùn)算得到最終的電容控制碼NF=2·NC2-NC1。數(shù)字算法電路輸出信號(hào)ST用于關(guān)斷前級(jí)電路，避免校準(zhǔn)過(guò)程受到前級(jí)電路輸入信號(hào)的干擾；提供MODE_SEL信號(hào)，和CTL2信號(hào)一起改變電流脈沖產(chǎn)生電路輸出電流脈沖的大小；提供復(fù)位信號(hào)RESETN和使能CAL_PD，通過(guò)或非門G0決定時(shí)序控制電路復(fù)位；提供信號(hào)CAL_PD使能電流脈沖產(chǎn)生電路；在兩次校準(zhǔn)過(guò)程中的每個(gè)校準(zhǔn)步，將產(chǎn)生的電容控制碼C_CTL<10:0>輸出到濾波器。

時(shí)序控制電路在輸入復(fù)位信號(hào)RST和時(shí)鐘信號(hào)CAL_CLK控制下產(chǎn)生三個(gè)不同的信號(hào)，對(duì)整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程時(shí)序進(jìn)行控制。電荷釋放電路在信號(hào)CTL3控制下，釋放采樣保持電路電容存儲(chǔ)的電荷。

2.2 時(shí)序控制電路

信號(hào)RESETN和CTL_PD經(jīng)過(guò)或非門G0運(yùn)算后可以對(duì)時(shí)序控制電路進(jìn)行復(fù)位，從而復(fù)位整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程。當(dāng)RST=0時(shí)，在信號(hào)CAL_CLK上升沿，時(shí)序控制電路輸出同步復(fù)位，信號(hào)CTL1、CTL2、CTL3都置0；當(dāng)RST=1時(shí)，時(shí)序控制電路的輸出在時(shí)鐘CAL_CLK控制下產(chǎn)生同頻率、同占空比、不同相位的三個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CTL1、CTL2、CTL3，其中，CTL2比CTL1滯后1個(gè)CAL_CLK周期，CTL3比CTL1滯后4個(gè)CAL_CLK周期，如圖3所示。

圖3 時(shí)序控制電路信號(hào)時(shí)序

2.3 電流脈沖產(chǎn)生電路

如圖4所示，電流脈沖產(chǎn)生電路中，反相器G1～G6和二輸入與非門G7～G10組成控制邏輯；NMOS管M1、M2、M3、M4組成1∶1∶1∶2電流鏡，PMOS管M5、M6、M7組成1∶1∶2的電流鏡；NMOS管M12～M15作為壓控開(kāi)關(guān)，柵極高電平時(shí)導(dǎo)通，柵極低電平時(shí)截止；PMOS管M8～M11作為壓控開(kāi)關(guān)，柵極低電平時(shí)導(dǎo)通，柵極高電平時(shí)截止。在第一次校準(zhǔn)時(shí)，MODE_SEL=0；第二次校準(zhǔn)時(shí)，MODE_SEL=1；校準(zhǔn)過(guò)程開(kāi)始后,CAL_PD=0；校準(zhǔn)過(guò)程開(kāi)始前和結(jié)束后,CAL_PD=1。當(dāng)CAL_PD=1時(shí)，BN=PUP=AN1=AP2=1，B=PDN=AN2=AP1=0，MOS開(kāi)關(guān)M8 ～ M15全部截止，沒(méi)有電流流入或流出節(jié)點(diǎn)VP、VM。

(a)數(shù)字邏輯電路

(b)充放電電路圖4 電流脈沖產(chǎn)生電路

在第一次校準(zhǔn)時(shí)，CAL_PD = 0，MODE_SEL = 0。當(dāng)CTL2 = 1時(shí)，AN1 = AN2 = B = PDN = 0，AP1 = AP2 = BN = PUP = 1，M10和M15導(dǎo)通，M8、M9、M11、M12、M13、M14截止，電流2·I1經(jīng)路徑1對(duì)節(jié)點(diǎn)VP充電，電流2·I1經(jīng)路徑2對(duì)節(jié)點(diǎn)VM放電。當(dāng)CTL2=0時(shí)，AP1=AP2=B=PDN=0，AN1=AN2=BN=PUP=1，M11和M14導(dǎo)通，M8、M9、M10、M12、M13、M15截止，電流2·I1經(jīng)路徑1’對(duì)節(jié)點(diǎn)VP放電，電流2·I1經(jīng)路徑2’對(duì)節(jié)點(diǎn)VM充電。

在第二次校準(zhǔn)時(shí)，CAL_PD = 0，MODE_SEL = 1。當(dāng)CTL2 = 1時(shí)，AN1 = AN2 = BN = PDN = 0，AP1 = AP2 = B = PUP = 1，M9、M10、M12、M15導(dǎo)通，M8、M11、M13、M14截止，電流2·I1經(jīng)路徑1對(duì)節(jié)點(diǎn)VP充電，電流I1經(jīng)路徑3對(duì)節(jié)點(diǎn)VP放電，兩電流在節(jié)點(diǎn)VP疊加，結(jié)果大小為2·I1-I1=I1的電流對(duì)節(jié)點(diǎn)VP充電；同時(shí)，電流2·I1經(jīng)路徑2對(duì)節(jié)點(diǎn)VM放電，電流I1經(jīng)路徑4對(duì)節(jié)點(diǎn)VM充電，兩電流在節(jié)點(diǎn)VM疊加，結(jié)果大小為2·I1-I1=I1的電流對(duì)節(jié)點(diǎn)VM放電。當(dāng)CTL2=0時(shí)，AP1=AP2=BN=PDN=0，AN1=AN2=B=PUP=1，M9、M11、M12、M14導(dǎo)通，M8、M10、M13、M15截止，電流I1經(jīng)路徑3，電流2·I1經(jīng)路徑1′，在節(jié)點(diǎn)VP疊加，電流I1+2·I1=3·I1對(duì)節(jié)點(diǎn)VP放電；電流2·I1經(jīng)路徑2′，電流I1經(jīng)路徑4，對(duì)節(jié)點(diǎn)VM充電，結(jié)果大小為3·I1的電流對(duì)節(jié)點(diǎn)VM充電。

2.4 電荷釋放電路

電荷釋放電路在信號(hào)CTL3控制下，釋放采樣保持電路電容電荷。如圖5所示，NMOS管M8、M9組成1∶4電流鏡，PMOS管M10和M11組成1∶5電流鏡，RH和RL為兩個(gè)電阻。開(kāi)關(guān)K1和K2截止時(shí)，恒定電流20·I2流過(guò)M11、RH、RL到地，節(jié)點(diǎn)VOH和VOL的電壓由電流I2和電阻RH、RL決定。CTL3=1時(shí)，K1和K2導(dǎo)通，電荷釋放電路通過(guò)路徑5對(duì)節(jié)點(diǎn)NM充電，節(jié)點(diǎn)NM電壓升高；節(jié)點(diǎn)NP通過(guò)路徑6放電，節(jié)點(diǎn)NP電壓降低。信號(hào)CTL3=0時(shí)，開(kāi)關(guān)K1和K2截止。經(jīng)過(guò)充放電后，在節(jié)點(diǎn)VOH和VOL之間保持一定的電壓差。偏置電流I1=I2=50 μA。

圖5 電荷釋放電路

2.5 濾波器可調(diào)電容

濾波器可調(diào)電容CM1和CP1結(jié)構(gòu)相同，如圖6所示。KP0，KP1，KP2，KP3，…，KP10和KQ1，KQ2，KQ3，…，KQ10都是壓控開(kāi)關(guān)，高電平控制導(dǎo)通，低電平控制截止。GP0，GP1，GP2,…,GP10是反相器。KPi導(dǎo)通時(shí)，KQi截止；KPi截止時(shí)，KQi導(dǎo)通，i=0,1,2,…,10。CD是固定容值電容。電容C0，C1，C2，C3，…，C10根據(jù)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通(或截止)接入(或不接入)濾波器。其中，C1= 2C0，C2=22C0，C3=23C0，…，C5=25C0，C6=25C0，C7=26C0，…，C10=29C0，C0的大小決定了濾波器帶寬校準(zhǔn)的精度。濾波器帶寬

f-3dB=1/(2πRfCf) 。

(8)

式中：Rf為RP1、RM1的阻值，均為2.2 kΩ；Cf為電容CP1、CM1的容值，

(9)

當(dāng)CD=0.48 pF，C0=0.01 pF，控制碼C_CTL<10:0>所有位為1時(shí)，濾波器最大電容為11 pF；當(dāng)控制碼C_CTL< 10:0 >所有位為0時(shí)，濾波器最小電容為CD。

圖6 濾波器可調(diào)電容

2.6 搜索算法

電路啟動(dòng)后，系統(tǒng)復(fù)位到初始狀態(tài)。此后，如果信號(hào)CAL_RST保持為0，則系統(tǒng)一直保持初始狀態(tài)不變。當(dāng)CAL_RST從0變成1，系統(tǒng)復(fù)位釋放，進(jìn)入校準(zhǔn)模式待機(jī)狀態(tài)。此后，當(dāng)信號(hào)CAL_START由0變成1，系統(tǒng)進(jìn)入校準(zhǔn)模式。校準(zhǔn)模式開(kāi)始時(shí)，信號(hào)MODE_SEL=0，系統(tǒng)先進(jìn)行第一次校準(zhǔn)。CLK信號(hào)取反后由CAL_CLK輸出提供給時(shí)序控制電路，然后信號(hào)RESETN產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖，時(shí)序電路復(fù)位。電容控制碼總共11位，算法從中間的6位開(kāi)始，先向高位逐位搜索，再向低位搜索，直到控制碼最低位C_CTL<0>被遍歷到。算法流程如圖7所示。其中，用LTj-1表示在Sj步，Sj-1步最后一次CTL3=1時(shí)，D觸發(fā)器鎖存的比較器的輸出結(jié)果CMPOUT信號(hào)。

圖7 算法流程圖

第一次校準(zhǔn)結(jié)束，得到濾波器電容控制碼NC1。然后進(jìn)行第二次校準(zhǔn)，信號(hào)MODE_SEL置1，信號(hào)CLK取反二分頻后從CAL_CLK輸出給時(shí)序控制電路。信號(hào)RESETN產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖復(fù)位時(shí)序控制電路，然后執(zhí)行第二次校準(zhǔn)。第二次校準(zhǔn)與第一次類似，第二次校準(zhǔn)使用的時(shí)鐘信號(hào)CAL_CLK的占空比不變，但時(shí)鐘周期是第一次的兩倍。第二次校準(zhǔn)結(jié)束后，得到濾波器電容控制碼NC2，最終對(duì)芯片PVT波動(dòng)、老化及電路延遲均不敏感的濾波器電容控制碼為NF=2·NC2-NC1。信號(hào)CAL_PD置1，MODE_SEL置0，時(shí)鐘信號(hào)CAL_CLK置1，算法再次進(jìn)入校準(zhǔn)模式待機(jī)狀態(tài)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器在65 nm CMOS工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。其中，可調(diào)有源濾波器、時(shí)序控制電路、采樣保持電路等大小為860 μm ×790 μm，如圖8中A所示；數(shù)字算法電路大小為80 μm×80 μm，如圖8中B所示。

圖8 帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器版圖

圖9給出了典型情況(tt工藝角，1.2 V電源電壓，27 ℃)下濾波器40 MHz帶寬校準(zhǔn)時(shí)算法執(zhí)行過(guò)程的仿真波形圖。濾波器電容用11位數(shù)字碼控制。根據(jù)fCK=(2π·f-3 dB,F)/ln 2，輸入時(shí)鐘信號(hào)CLK頻率為362.6 MHz。從圖中可以看出，系統(tǒng)復(fù)位后，電容控制碼初始值為2′b 010_1100_0011。1.5 μs時(shí)，信號(hào)CAL_START由低電平拉高，帶寬校準(zhǔn)啟動(dòng)；在4.5 μs時(shí)，第一次帶寬校準(zhǔn)結(jié)束，得到電容控制碼NC1= 2′b 000_1100_1101；在7 μs時(shí)，第二次帶寬校準(zhǔn)結(jié)束，得到電容控碼NC2= 2′b 000_1100_1111；7.5 μs時(shí)，整個(gè)校準(zhǔn)結(jié)束，得到電容控制碼NF=2′b 000_1101_0001，滿足NF=2·NC2-NC1。

圖9 40 MHz帶寬校準(zhǔn)算法搜索過(guò)程

40 MHz帶寬校準(zhǔn)完成后，對(duì)濾波器在典型情況下進(jìn)行交流仿真，得到其-3 dB帶寬為39.739 MHz，如圖10所示。濾波器電阻Rf=2.2 kΩ，濾波器低頻增益約為67 dB。

圖10 校準(zhǔn)后40 MHz帶寬

期望帶寬40 MHz，根據(jù)公式(8)和(9)可以計(jì)算出在控制碼NF=2′b 000_1101_0001下濾波器的理論帶寬為44.933 MHz，自動(dòng)校準(zhǔn)得到帶寬為39.739 MHz。電路本身存在寄生效應(yīng)，造成濾波器實(shí)際電容大于理論計(jì)算數(shù)值，從而使得理論計(jì)算帶寬大于自動(dòng)校準(zhǔn)得到的帶寬，但自動(dòng)校準(zhǔn)得到的帶寬更接近期望帶寬。由公式(8)可以計(jì)算出，期望帶寬對(duì)應(yīng)的期望濾波器電容為1 809 fF，自動(dòng)校準(zhǔn)帶寬對(duì)應(yīng)的濾波器電容為1 820 fF，兩者相差約11 fF，略大于濾波器使用的最小電容10 fF，其偏差由電路的寄生效應(yīng)和仿真誤差引起。

表1給出了典型情況下在8～50 MHz期望帶寬范圍內(nèi)，濾波器校準(zhǔn)輸入時(shí)鐘信號(hào)CLK頻率、校準(zhǔn)后的帶寬及誤差，可以看出在8 MHz、20 MHz和30 MHz校準(zhǔn)誤差只有0.4%，在40 MHz和50 MHz帶寬校準(zhǔn)誤差略有升高，但濾波器帶寬校準(zhǔn)誤差總體不大于0.7%。

表1 濾波器帶寬校準(zhǔn)誤差

4 結(jié) 論

本文提出了一種新型帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器。通過(guò)時(shí)域采樣濾波器對(duì)于輸入電流脈沖的響應(yīng)，并將采樣電壓與參考電壓進(jìn)行比較，算法電路根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整濾波器電容大小，直到搜索到最佳的濾波器帶寬。在算法電路控制下進(jìn)行兩次校準(zhǔn)，最終可以得到對(duì)PVT波動(dòng)、芯片老化和電路響應(yīng)延遲不敏感的精確的濾波器帶寬。在65 nm CMOS工藝下設(shè)計(jì)了一款帶寬自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器，仿真結(jié)果顯示，該有源低通濾波器可以自動(dòng)校準(zhǔn)，自適應(yīng)地搜索到最佳的濾波器帶寬，校準(zhǔn)精度較高。該自動(dòng)校準(zhǔn)有源低通濾波器電路設(shè)計(jì)通用化，具有良好的工程實(shí)用性。在上位機(jī)控制下隨時(shí)可以對(duì)濾波器帶寬進(jìn)行校準(zhǔn)，濾波器使用靈活，應(yīng)用范圍廣泛。