应用于传感器的CMOS低通滤波器

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1、摘要摘要集成电路发展至今，滤波器已经成为系统中不可或缺、很常用的一个单元。模拟集成电路中常用的滤波器主要有三种：开关电容(Switched—Capacitor)滤波器，有源尺C(Active—RC)滤波器和跨导电容(Gm—C)滤波器，以上滤波器结构分别有着各自的优缺点和应用场合。本文结合实际项目中的需要，完成了两种基于贝塞尔(Bessel)逼近的低通滤波器的设计，分别是应用于陀螺仪传感器读出系统中的Gm—C结构以及应用于加速度计读出系统中的Switched—Capacitor结构。在传统OTA结构基础之上，本文引入了迁移率补偿技术。本文设计的OTA利用工作

2、在三极管区和亚阈值区的MOS管带来的三次谐波异号的特点，完成了对三次谐波的抑制。经过合理的设计，0刚的线性度可以达到一70dB。由于D黝的伪差分特性，本文引入了共模反馈和共模前馈共同作用的共模信号控制电路，完成了对OTA输出共模电压的控制。最后，为了让滤波器对后级有更好的驱动能力，本文在Gm—C结构基础之上，采用了Gm—Opamp—C结构，很好地解决了滤波器驱动电阻的问题。Switched—Capacitor滤波器主要应用于低频场合，频率越低，它的优势越明显。结合Active—RC滤波器的特点，本文在MFB结构基础之上，用简单的电阻等效方法，完成了一个Sw

3、itched—Capacitor滤波器的设计。整个滤波器的面积只有500um×500um左右，并且它的线性度高达一82dB。最后，本文分别在O．5／am工艺下完成了4阶Bessel低通Gm—C滤波器版图设计、在0．6／,tm工艺下完成了2阶BesseI低通Switched—Capacitor滤波器版图及其所在芯片的整体版图设计。关键字：CMOS，低通滤波器，贝塞尔，跨导电容，开关电容ABSTRACTSinceIntegrated-Circuitscameouthalf-centuryago，filterhasbecomethemostpopularmodu

4、leinanyanalogsystem．Therealethreedifferentarchitecturesforfilterdesign：Switched·Capacitorfilter，Active-RCfilterandCrm—Cfilterwhichhavetheirownadvantagesanddisadvantages，respectively．Indifferentsystems，thepmperfiltersshouldbeselected．Withtherequirementsofprojects，aGrn—CfilterandaSw

5、itched—CapacitorfilterarefinishediIlmisdissertation．BasedontraditionalOTA．anewone、析thmobilitycompensationisfinished．Withtheoppositesignofthe3mharmonicdistortion，thetriodeswhichworkinthetrioderegioncombinewiththetriodeswhichworkinthesubthresholdregiontoimprovetheTHDoftheOTAwhichisa

6、bout-70dB．Then，theCMFBandCMFFarebothusedintheOTAtoimprovethestabilityofthecommon-modeoutputvoltage．Finally,theGin··Opamp··Cstructureisadoptedtosolvetheproblemofdrivingtheresistorloadsofthenextstage．ComparedwithGm—·Cfilter,Switched-·Capacitorfilterisusedinlowfrequencyarea．Andthelow

7、erthefrequencyis，thebettertheSwitched-Capacitorfiltershows．BasedontheActive-RCfilter，aSwitched—Capacitorfilterisfinishedwiththeuseofsimpleresistorreplacementmethod．Astheaeraisonly500urn×500um，theTHDofthefiltercallreach一82拈．Thelayoutsofaforth—orderlow—passBesselGm—Cfilterwim0．5umpr

8、ocessandasecond—orderlow—passBess