大線性度低功耗OTA及其濾波器研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著移動(dòng)通信產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備，便攜式生物醫(yī)療器件等需要電池供電的移動(dòng)電子產(chǎn)品的性能不斷提高，使用市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，使得對(duì)于如何減小電路功率消耗成為重要的研究方向。因此，對(duì)于低功耗模擬IC設(shè)計(jì)技術(shù)的研究變得極其必要且意義重大。模擬濾波器作為模擬信號(hào)處理中廣泛應(yīng)用的模塊，關(guān)于它的的低功耗研究對(duì)于整個(gè)模擬IC的低功耗設(shè)計(jì)是很有幫助的，本文重點(diǎn)研究憑借優(yōu)越的性能一直被廣泛使用的OTA-C濾波器。
　　本文參考了國(guó)內(nèi)外大量關(guān)于低壓低功耗模擬I

2、C設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)對(duì)這些方法性能表現(xiàn)的全面分析與評(píng)估，采用亞閾值區(qū)電路作為本文低功耗研究的重點(diǎn)方向。接著研究了跨導(dǎo)放大器的原理并且分析了其在飽和區(qū)和亞閾值區(qū)的直流特性，可以知道亞閾值區(qū)的OTA（跨導(dǎo)運(yùn)算放大器）輸出電流與輸入的差分電壓是雙曲正切函數(shù)的關(guān)系，以此作為基礎(chǔ)，解決亞閾值區(qū)輸入線性范圍過(guò)小的問(wèn)題。
　　本文用了四種方法來(lái)改善OTA輸入線性范圍：源級(jí)負(fù)反饋、柵極負(fù)反饋、襯底驅(qū)動(dòng)以及一種特殊電路結(jié)構(gòu)——Bump線性化結(jié)構(gòu)，其中

3、襯底驅(qū)動(dòng)既有效降低了對(duì)電源電壓的要求并且可以使柵極空出來(lái)提供反饋，Bump電路是在差分對(duì)管的兩條支路中間增加一條包含兩個(gè)管子的支路，可以有效提高像亞閾值區(qū)OTA這種具有雙曲正切函數(shù)關(guān)系的電路結(jié)構(gòu)的輸入線性范圍。這四種方法在提高線性度的同時(shí)也使得跨導(dǎo)增益降低了，造成OTA直流增益過(guò)小，不利于推廣使用，因此，本文又使用了一種改進(jìn)的新型電流鏡作為輸出級(jí)，大大提高了輸出阻抗，進(jìn)而使得直流增益增大，并且這種新型的電流鏡同時(shí)也是適合低電源電壓應(yīng)用的

4、。最后將這種OTA應(yīng)用到最終設(shè)計(jì)的OTA-C濾波器中，實(shí)現(xiàn)低壓低功耗大輸入擺幅的設(shè)計(jì)。
　　本文所有的電路使用的都是0.18μm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，在Cadence的Virtuoso Schematic Compose上完成電路設(shè)計(jì)，然后再在Analog Design Environment上進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過(guò)仿真顯示，在0.9V的電源電壓下，最終完成的OTA直流增益可以達(dá)到40dB以上，截止頻率約為55kHz,輸入線性范圍由原來(lái)的