基於對稱有源電感的差分高通濾波電路的製作方法

2023-10-12 00:06:49

專利名稱：基於對稱有源電感的差分高通濾波電路的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及到高通濾波電路領域，特指應用於接收器前端均衡電路中的基於對稱有 源電感的差分高通濾波電路。
背景技術：
在接收器前端的均衡電路中，如果輸出信號不能夠精確對稱，就會出現時鐘重疊和溝道 電荷注入效應，導致電路性能下降甚至不能正常工作。採用對稱有源電感代替無源電感不僅 可以有效拓展信號傳輸帶寬、產生完全對稱輸出信號，而且還可以提高電路性能、減小電路 設計難度、降低電路功耗、減小晶片面積、降低工藝依賴性。
傳統的無源電感的高通濾波電路結構如圖1所示，電路包括由基本的差分電路兩個差分
輸入NM0S管Nl和N2， Nl和N2的柵極分別接差分輸入信號埠 ina和inb， N5作為尾電流， N5的柵極接偏置電壓vb， P3和P4這兩個PM0S管的柵極和漏極短接作為二極體連接的負載； 一個無源電感LO。無源電感需要佔用較大的晶片面積，另一方面受有耗矽襯底的分布參數和 導體損耗的影響，無源電感的品質因數Q值及自諧振頻率都比較低。

發明內容
本發明要解決的問題就在於針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種結構簡單、 能夠產生完全對稱信號的基於對稱有源電感的差分高通濾波電路，可以減小電路設計難度、 降低電路功耗、減小晶片面積，從而提高電路整體性能。
為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為一種基於對稱有源電感的差分高通濾波 電路，其特徵在於它包括基本的差分電路和兩個對稱的有源電感，所述基於對稱有源電感
的HP電路包括由基本的差分電路兩個差分輸入NM0S管Nl和N2， Nl和N2的柵極分別接 差分輸入信號埠 ina和inb， N5作為尾電流，N5的柵極接偏置電壓vb， P3和P4這兩個PM0S 管的柵極和漏極短接作為二極體連接的負載；兩個對稱的有源電感N3的源極接VSS和柵極 接P1的漏極以及漏極接P1的源極，Pl的柵極接電阻R (ESD保護電阻)，然後接地；同理， P2和N4構成與Pl和N3對稱的有源電感，N4的源極接地和柵極接P2的漏極以及漏極接P2 的源極，P2的柵極接電阻R (ESD保護電阻)，然後接地。與現有技術相比，本發明的優點就在於
1、 結構簡單本發明中提出的電路結構只是在原有技術基礎上用兩個對稱的有源電 感代替了一個無源電感，易於片內集成。
2、 性能優異雖然本發明提出的結構很簡單，但是本發明中提出的電路可以產生十 分對稱的輸出信號、提高電路性能、減小電路設計難度、降低電路功耗、減小晶片面積; 這是現有技術所不可比擬的。
3、 電路實現簡單，降低了設計複雜度。


圖1是傳統的無源電感的高通濾波電路的示意圖； 圖2是本發明的有源電感示意圖3是本發明的基於對稱有源電感的高通濾波電路示意圖4是本發明在高頻差分信號的輸入條件下的模擬結果示意圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。 在接收器前端的均衡電路中使用的高通濾波器，需要利用電感通直流、阻交流的特性來 將差動對電路的交流信號除去，以實現對高頻信號的補償作用。而電感的實現方式有兩種一
一螺旋電感和有源電感。雖然當前在CMOS工藝下製作螺旋電感己經成為可能，但是實現這樣 的電感不僅增加了晶片面積，提高了製作成本，同時也給版圖實現帶來了一定的困難，這樣 的電感不可避免的引入了複雜的金屬線，產生很強的寄生效應。通過有源器件的適當組合可 以實現電感通直流、阻交流的功能，因此有源電感在提高集成度、減小設計難度、降低電路 功耗和減小晶片面積方面具有很大的優勢。
圖2給出了有源電感的實現形式，它是由陋0S管N4、 PM0S管P2和電阻R組成，其中 P2和R起到保護作用，N4的是有源電感的主體部分，將其柵極和漏極短接實現電感的功能。 它們的連接關係是N4的柵極接P2的源極，P2的柵極與電阻的一端相連，電阻的另一端接 地，而N4的漏極和P2的源極相連作為有源電感的一個埠， N4的源極作為有源電感的另一 個埠。
用圖2給出的有源電感代替圖1中的螺旋電感在電路功能上可以實現高通濾波的作用， 但是引入的問題是由於有源電感從一個埠到另一個埠之間由於存在溝道有效電阻的作用而使得差分電路的兩個輸出端的信號電平發生漂移，出現輸出信號在兩個差動支路上的共模 電平不相等，這將嚴重影響系統的性能。
圖3是解決了上述問題的電路結構，它使用了兩個相同的有源電感組成的對程結構取代 原有的一個有源電感，使得差動電路兩條支路輸出信號共模電平相等。
圖3給出了基於對稱有源電感的高通濾波電路的電路實現，它包括兩個主要的部分差 分電路和對稱有源電感。基本的差分電路由兩個差分輸入NM0S管N1和N2、作為差動對尾電 流源的NM0S管N5以及柵極和漏極短接用來作為差動對負載的兩個PMOS管P3和P4組成。其 中，Nl和N2的柵極分別接差分輸入信號埠 ina和inb， N5的柵極接偏置電壓vb。兩個對 稱的有源電感由兩部分有源電感組成P1和N3組成的有源電感、P2和N4組成的有源電感。 其中，N3的源極接地和柵極接Pl的漏極以及漏極接Pl的源極，Pl的柵極接電阻R起保護作 用，然後接地；同理，P2和N4構成與P1和N3對稱的有源電感，N4的源極接地和柵極接P2 的漏極以及漏極接P2的源極，P2的柵極接電阻R起保護作用，然後接地。
圖4給出了本發明在高頻差分信號輸入條件下的模擬結果，從模擬結果可以看出，本發 明提出的基於對稱有源電感的高通濾波電路的輸出波形完全對稱，與傳統使用無源電感的結 構所產生的信號一致，能夠做到輸出信號的完全對稱，且本發明提出的電路結構簡單、晶片 面積小。
權利要求
1、一種基於對稱有源電感的高通濾波電路，其特徵在於它包括基本的差分電路和兩個對稱的有源電感，它由兩個主要的部分組成基本的差分電路和對稱有源電感；基本的差分電路由兩個差分輸入NMOS管(N1)和(N2)、作為差動對尾電流源的NMOS管(N5)以及柵極和漏極短接用來作為差動對負載的兩個PMOS管(P3)和(P4)組成；其中，(N1)和(N2)的柵極分別接差分輸入信號埠(ina)和(inb)，(N5)的柵極接偏置電壓(vb)；兩個對稱的有源電感由兩部分有源電感組成(P1)和(N3)組成的有源電感、(P2)和(N4)組成的有源電感；其中，(N3)的源極接地和柵極接(P1)的漏極以及漏極接(P1)的源極，(P1)的柵極接電阻(R)(ESD保護電阻)，然後接地；同理，(P2)和(N4)構成與(P1)和(N3)對稱的有源電感，(N4)的源極接地和柵極接(P2)的漏極以及漏極接(P2)的源極，(P2)的柵極接電阻(R)(ESD保護電阻)，然後接地。
2、 根據權利要求l所述的基於對稱有源電感的高通濾波電路，其特徵在於所述基於對 稱有源電感的高通濾波電路，採用兩個對稱的有源電感來代替無源電感；採用兩個對稱的有 源電感(N3)的源極接地和柵極接(Pl)的漏極以及漏極接(Pl)的源極，(Pl)的柵極接 電阻(R) (ESD保護電阻)，然後接地；同理，(P2)和(N4)構成與(Pl)和(N3)對稱的 有源電感，(N4)的源極接地和柵極接(P2)的漏極以及漏極接(P2)的源極，(P2)的柵極 接電阻(R) (ESD保護電阻)，然後接地。
全文摘要
本發明公開了一種基於對稱有源電感的差分高通濾波電路，它包括基本的差分電路和兩個對稱的有源電感。與傳統的高通濾波電路相比，本發明中採用兩個對稱的有源電感代替了傳統的無源電感。從而使得改進後的電路結構更簡單、工藝適應能力更強、能夠產生完全對稱信號，且大幅減小電路設計難度、降低了電路功耗、減小晶片面積，從而提高電路整體性能。
文檔編號H03H11/00GK101588163SQ200910043748
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者唐李紅, 張民選, 徐煒遐, 李俊豐, 李少青, 石大勇, 肖海鵬, 蔣仁傑, 趙振宇, 陽 郭, 陳吉華, 陳怒興, 卓 馬 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學