大線性度低功耗OTA及其濾波器研究與設計.pdf

1、隨著移動通信產(chǎn)品、可穿戴設備，便攜式生物醫(yī)療器件等需要電池供電的移動電子產(chǎn)品的性能不斷提高，使用市場的不斷擴大，使得對于如何減小電路功率消耗成為重要的研究方向。因此，對于低功耗模擬IC設計技術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處理中廣泛應用的模塊，關于它的的低功耗研究對于整個模擬IC的低功耗設計是很有幫助的，本文重點研究憑借優(yōu)越的性能一直被廣泛使用的OTA-C濾波器。
　　本文參考了國內外大量關于低壓低功耗模擬I

2、C設計的方法，通過對這些方法性能表現(xiàn)的全面分析與評估，采用亞閾值區(qū)電路作為本文低功耗研究的重點方向。接著研究了跨導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（跨導運算放大器）輸出電流與輸入的差分電壓是雙曲正切函數(shù)的關系，以此作為基礎，解決亞閾值區(qū)輸入線性范圍過小的問題。
　　本文用了四種方法來改善OTA輸入線性范圍：源級負反饋、柵極負反饋、襯底驅動以及一種特殊電路結構——Bump線性化結構，其中

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

4、。最后將這種OTA應用到最終設計的OTA-C濾波器中，實現(xiàn)低壓低功耗大輸入擺幅的設計。
　　本文所有的電路使用的都是0.18μm標準CMOS工藝，在Cadence的Virtuoso Schematic Compose上完成電路設計，然后再在Analog Design Environment上進行仿真驗證，通過仿真顯示，在0.9V的電源電壓下，最終完成的OTA直流增益可以達到40dB以上，截止頻率約為55kHz,輸入線性范圍由原來的