CMOS中频滤波器的设计

论文摘要

滤波器作为信号处理的一种基本部件,几乎应用于所有的电子、电力系统,滤波器性能的优劣直接决定产品的质量。随着现代电子技术的发展,传统的无源滤波器在体积、重量、功耗、滤波效果等方面逐步显现出劣势,为了满足多功能、高精度、稳定可靠的要求,上世纪70年代出现了有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器等各种类型的滤波器,随后,新型滤波器应用于集成电路,不断提高产品的性能,降低产品成本,并使得产品的应用更加简单化。本文主要设计了低功耗、截止频率可调为1MHz或500KHz的有源低通滤波器,其传输特性为4级的Butterworth,电路为Sallen and Key结构,为了减小功耗,电路中设计了一种小带宽低功耗运放。此运放共两级,与常规的两级运放不同,其第一极点由后级提供,因此较低电流下就能达到45°的相位裕度,达到了降低功耗的目的。设计采用0.5μm CMOS工艺,完成了电路设计、版图设计。Cadence仿真结果显示,其静态功耗为1.035mW,达到设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 滤波器概述
• 1.3 CMOS滤波器国内外研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 本论文的组织结构
• 第2章 滤波器的基础知识
• 2.1 滤波器特性
• 2.2 滤波器类型
• 2.3 滤波器拓扑结构
• 2.4 CMOS运算放大器简介
• 2.5 运算放大器的频率补偿
• 第3章 CMOS有源滤波器的设计
• 3.1 滤波器设计过程
• 3.2 选择传输方程
• 3.3 Butterworth逼近
• 3.3.1 Butterworth传递函数
• 3.3.2 Butterworth函数的极点分布
• 3.3.3 低通Butterworth滤波器设计方法
• 3.3.4 低通Butterworth滤波器级数的确定
• 3.4 选择电路结构
• 3.4.1 Sallen-Key滤波器的结
• 3.4.2 滤波器电路的确定
• 3.5 有源滤波器中的低功耗运放设计
• 3.5.1 CMOS运算放大器的设计流程
• 3.5.2 低功耗CMOS运算放大器设计
• 3.6 电路设计中寄生效应的影响
• 3.6.1 ESD保护电路的寄生效应
• 3.6.2 焊盘的寄生效应
• 3.6.3 CMOS闩锁效应
• 3.6.4 衬底耦合
• 第4章 仿真分析及版图设计
• 4.1 运放的仿真分析
• 4.2 运放的版图设计
• 4.3 低通滤波器的仿真分析
• 4.4 低通滤波器的版图
• 结论
• 参考文献
• 致谢