高阶线性相位开关电容滤波器设计

摘要

开关电容滤波器从20世纪70年代开始在我国出现,近年来开关电容滤波器作为一种具有集成优势的滤波器,在集成电路设计领域中占据着重要的位置,开始广泛应用在实际工程设计中。本文针对MEMS中心的速变参数变换器中高阶低通滤波器的项目要求,设计一种满足线性相位的开关电容滤波器,这种滤波器几乎可以横跨整个通频带的群延迟,因此在通频带上最大程度上保持了被过滤的信号波形。
　　在选择了能够达到线性相位的贝塞尔型开关电容滤波器之后,通过MATLAB软件仿真确定了所设计的滤波器的阶数以及传递函数,并计算出极点位置。为了达到更好的线性相位,采用了十阶滤波器进行设计。在进行电路设计的过程中,提出了将高阶滤波器设计转化为若干个二阶滤波器分别进行设计的方法。利用经典的二阶双四结构开关电容电路针对该二阶滤波器进行设计。
　　在开关电容滤波器的设计中,比较重要的一部分是开关和时钟的设计,本文提出了一种可以减小沟道电荷效应和时钟馈通效应的六管CMOS开关,并提出了一种使用反相器和与非门电路的两相不交叠时钟。在对本文所设计的开关电容电路进行电容值的计算时,采用了归一化的方法,并达到了通过改变外部电容而改变截止频率的目的。在进行开关电容电路中的运算放大器的设计中,本文选用了经典的折叠式共源共栅结构,并加入了电容补偿。
　　在完成了以上工作后,使用Cadence仿真软件对所设计电路进行仿真,采用了针对频域的仿真方法PSS仿真和PAC仿真,结果表明所设计的电路正常工作,带内不平度达到±0.00067dB,2倍截止频率衰减达到45.6dB,总谐波失真达到-62.5dB,相位基本达到线性,满足设计要求。

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中文摘要

英文摘要

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3研究的目的及意义

1.4主要研究工作

第2章 线性相位滤波器工作原理

2.1引言

2.2滤波器逼近理论原理分析

2.3开关电容电路基本原理

2.4 MOS开关的电荷注入效应与时钟馈通效应

2.5本章小结

第3章 高阶线性相位开关电容滤波器电路设计

3.1引言

3.2高阶线性相位滤波器电路结构的确定

3.3线性相位滤波器的时钟和开关的设计

3.4线性相位滤波器电容值计算

3.5运算放大器设计

3.6本章小结

第4章 仿真结果及分析

4.1引言

4.2两相不交叠时钟仿真结果

4.3运算放大器的仿真

4.4二阶低Q值双四结构电路仿真结果

4.5十阶开关电容滤波器仿真结果

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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