专利名称：一种片上低通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及低通滤波器设计技术领域，尤其涉及一种片上低通滤波器。
背景技术：
片上低通滤波器是低噪声线性稳压器的重要部件，片上低通滤波器的滤波性能直接关系到低噪声线性稳压器的工作性能。在低噪声线性稳压器的设计中，片上低通滤波器的设计，要求具有极低的截止频率，一般为IHz左右。另外，由于要考虑设计面积的问题，因此电路的简洁也是设计中要考虑的重要问题之一。如图1所示，为现有技术的片上低通滤波器的电路原理图。其中MOS管Ml是该滤波器的电阻元件，电容器Cl是该滤波器的电容元件，MOS管M2为MOS管Ml提供偏置电压； 电容器C2为MOS管Ml的栅极和漏极的寄生电容；MOS管M3、电流源Il和控制电路共同构成启动电路。但是申请人研究发现，现有技术的片上低通滤波器的设计至少存在以下缺陷由于Ml的栅极和漏极的寄生电容C2的高通作用，输入信号的高频成分通过MOS 管M2的栅极和电容器C2作用到输出上，因此降低了滤除高频信号的能力；同时，由于现有方案的启动电路包括MOS管M3、电流源Il和控制电路，因此结构复杂，不利于降低设计成本和缩小设计面积。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种片上低通滤波器，以解决现有片上低通滤波器存在的滤除高频信号的能力较差，以及结构复杂的问题，技术方案如下一种片上低通滤波器，包括四个P沟道MOS管，分别为第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管和第四MOS管；两个电容器，分别为第一电容器和第二电容器；一个电流源；其中所述第一 MOS管和第二 MOS管的源极连接信号输入端；所述第一 MOS管的漏极和第一电容器的一端连接信号输出端；所述第一 MOS管的栅极连接第三MOS管的漏极和第二电容器的一端；所述第二MOS管的漏极连接第四MOS管的源极；所述第三MOS管的源极连接第二 MOS管的栅极，且与第二 MOS管的栅极共同连接在第二 MOS管的漏极与第四MOS管的源极的连接线上；所述第四MOS管的漏极与电流源的负极相连；所述第三MOS管的栅极连接第四MOS管的栅极，且与第四MOS管的栅极共同连接在第四MOS管的漏极与电流源负极的连接线上；所述第一电容器的另一端、第二电容器的另一端以及电流源的正极都与参考地相连。优选的，上述片上低通滤波器中，所述第一MOS管栅极的宽度小于第一MOS管栅极的长度，第二 MOS管栅极的宽度大于第二 MOS管栅极的长度，且第二 MOS管栅极的宽度远大于第一 MOS管栅极的宽度。优选的，上述片上低通滤波器中，所述第三MOS管栅极的宽度小于第三MOS管栅极的长度，第四MOS管栅极的宽度大于第四MOS管栅极的长度，且第四MOS管栅极的宽度远大于第三MOS管栅极的宽度。优选的，上述片上低通滤波器中，所述第一电容器和第二电容器分别由具有较大单位电容的N沟道MOS管第五MOS管和第六MOS管替换。优选的，上述片上低通滤波器中，所述电流源的数量级为luA，所述第一电容器的数量级为几百个PF。优选的，上述片上低通滤波器中，所述电流源为直流电流源。从以上技术方案可以看出，本发明在现有的片上低通滤波器的基础上，去掉了电路启动的外部控制电路，增加了一个MOS管和电容器，共同构成另一个低通滤波单元，对整个电路的输入高噪声进行低通滤波，从而避免了输入高噪声通过MOS管的寄生电容前馈到输出，提高了片上低通滤波器的滤波性能；该低通滤波单元还与电流源一起构成了快速启动电路，从而省去了现有技术中复杂的控制电路，可以有效节约成本和缩小设计面积。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术提供的片上低通滤波器的电路原理示意图；图2为本发明实施例提供的一种片上低通滤波器的电路原理示意图；图3为本发明实施例提供的另一种片上低通滤波器的电路原理示意图。
具体实施例方式本发明实施例在现有的片上低通滤波器的基础上，去掉了电路启动的外部控制电路，增加了一个MOS管和电容器，共同构成另一个低通滤波单元，对整个电路的输入高噪声进行低通滤波，从而避免了输入高噪声通过MOS管的寄生电容前馈到输出，提高了片上低通滤波器的滤波性能；该低通滤波单元还与电流源一起构成了快速启动电路，从而省去了现有技术中复杂的控制电路，可以有效节约成本和缩小设计面积。为了使本领域技术人员更好的理解和实施本发明，以下将结合说明书附图，对本发明的具体实施方式
进行进一步的详细说明。如图2所示，本发明实施例提供的片上低通滤波器可以包括四个P沟道MOS管，分别为第一 MOS管(Ml)、第二 MOS管(M2)、第三MOS管(M3) 和第四MOS管(M4)；两个电容器，分别为第一电容器(Cl)和第二电容器(C3)；—个电流源 (Il)；其中所述第一 MOS管(Ml)和第二 MOS管(M2)的源极连接信号输入端；所述第一 MOS 管(Ml)的漏极和第一电容器(Cl)的一端连接信号输出端；所述第一 MOS管(Ml)的栅极连接第三MOS管(M3)的漏极和第二电容器(C3)的一端；所述第二 MOS管(M2)的漏极连接第四MOS管(M4)的源极；所述第三MOS管(M3)的源极连接第二 MOS管(M2)的栅极，且与第二MOS管(M2)的栅极共同连接在第二 MOS管(M2)的漏极与第四MOS管(M4)的源极的连接线上；所述第四MOS管(M4)的漏极与电流源(Il)的负极相连；所述第三MOS管(M3)的栅极连接第四MOS管(M4)的栅极，且与第四MOS管(M4)的栅极共同连接在第四MOS管(M4) 的漏极与电流源(Il)负极的连接线上；所述第一电容器(Cl)的另一端、第二电容器(C3) 的另一端以及电流源(Il)的正极都与参考地(GND)相连。图2所示的片上低通滤波器的电路原理图中，包含两个低通滤波单元，为了方便描述，分别成为第一低通滤波单元和第二低通滤波单元。第一低通滤波单元中，第一 MOS管 (Ml)和第二 MOS管(M2)共同提供低通滤波单元的电阻元件，第四MOS管(M4)为第一 MOS 管(Ml)和第二MOS管(M2)提供偏置电压，第一电容器(Cl)提供低通滤波单元的电容元件； 第二低通滤波单元中，第三MOS管(M3)提供低通滤波单元的电阻元件，第四MOS管(M4)为第三MOS管(M3)提供偏置电压，第二电容器(C3)提供低通滤波单元的电容元件。第二低通滤波器对第一低通滤波单元中第一 MOS管(Ml)的栅极电压进行低通滤波，从而避免了输入高噪声通过第一MOS管(Ml)的栅极和漏极的寄生电容前馈到输出，提高了片上低通滤波器的滤波性能。图2所示的片上低通滤波器的电路原理图中，启动电路部分由一个电流源(Il)和第二低通滤波单元共同组成。电路启动时，第四MOS管(M4)为第三MOS管(M3)提供偏置电压，此时，由于第三MOS管(M3)的电阻很大，因此第二电容器(C3)上的电压开始非常缓慢的升高，在升高过程中，由于第一MOS管(Ml)的源极电压等于输入电压，因此第一 MOS管 (Ml)完全打开，电荷通过第一 MOS管(Ml)给第一电容器(Cl)快速充电，从而实现整个片上低通滤波器的快速启动。本发明实施例提供的片上低通滤波器的启动电路，因为无需外加控制电路，因此结构简单，可以有效节约成本和缩小设计面积。在本发明提供的片上低通滤波器的一个实施例中，上述实施例中，所述第一 MOS 管(Ml)栅极的宽度小于第一 MOS管(Ml)栅极的长度，第二 MOS管(M2)栅极的宽度大于第二 MOS管(M2)栅极的长度，且第二 MOS管(M2)栅极的宽度远大于第一 MOS管(Ml)栅极的宽度。这样设计的目的是为了增加第一低通滤波单元的电阻，实际应用中，可以形成的电阻在几个Gohm的数量级。在本发明提供的片上低通滤波器的一个实施例中，上述实施例中，所述第三MOS 管(M3)栅极的宽度小于第三MOS管(M3)栅极的长度，第四MOS管(M4)栅极的宽度大于第四MOS管(M4)栅极的长度，且第四MOS管(M4)栅极的宽度远大于第三MOS管(M3)栅极的宽度。这样设计的目的是为了增加第二低通滤波单元的电阻，实际应用中，可以形成的电阻也在几个Gohm的数量级。在本发明提供的片上低通滤波器的一个实施例中，上述实施例中，所述电流源 (Il)的数量级为luA，且为直流电源；所述第一电容器(Cl)的数量级为几百个pF。在低噪声线性稳压器的应用中，低通滤波器的设计要求要达到约I-IOHz的截止频率，由于器件的漏电流存在，一般片上电阻最大只能做到几个Gohm。因此，根据RC低通滤波器的原理，第一电容器(Cl)的数量级为几百个pF，例如当截止频率等于1Hz，电阻等于 2Gohm时，第一电容器(Cl)为500pF。下面将对本发明实施例提供的方案，结合实际应用中的设计参数具体阐述。
如图2所示第一MOS管(Ml)的源极接信号输入端，漏极接信号输出端。其中，第一MOS管(Ml) 栅极的宽度Wl小于第一MOS管(Ml)栅极的长度Li，为第一低通滤波单元提供电阻元件，通过设计第一 MOS管(Ml)栅极宽长比，以及第一 MOS管(Ml)栅极宽度Wl和第二 MOS管(M2) 栅极宽度W2的比例，可以形成几个Gohm数量级的电阻。在本实例中，第一 MOS管(Ml)的尺寸如下W1 = 0. 8um, Ll = 10um。第二 MOS管(M2)的源极接信号输入端，第二 MOS管(M2)的栅极接其漏极，同时接第三MOS管(M3)的源极。第二 MOS管(M2)栅极的长度L2等于第一 MOS管(Ml)栅极的长度Li，第二 MOS管(M2)栅极的宽度W2是第一 MOS管(Ml)栅极宽度Wl的100倍；在本实例中，第二 MOS管(M2)的尺寸如下:W2 = 80um, L2 = IOum0第三MOS管(M3)的源极接第二 MOS管(M2)的栅极，第三MOS管(M3)的漏极接第一 MOS管(Ml)的栅极，第三MOS管(M3)的栅极接第四MOS管(M4)的栅极。本实例中第三 MOS 管(M3)的尺寸和第一 MOS 管(Ml)相同，即 W3 = 0. 8um, L3 = IOum0第四MOS管(M4)的源极接第二 MOS管(M2)的漏极，第四MOS管(M4)的漏极接第四MOS管(M4)的栅极，第四MOS管(M4)的栅极接电流源(Il)的负极和第三MOS管(M3) 的栅极。第四MOS管(M4)栅极的宽度W4大于第四MOS管(M4)栅极的长度L4，且第四MOS 管(M4)栅极的宽度远大于第三MOS管(M3)栅极的宽度；本实例中第四MOS管(M4)的尺寸和第一 MOS 管(Ml)相同，即 W4 = 80um, L4 = IOum0电流源(Il)的负极接第四MOS管(M4)的漏极，正极接参考地(GND)，提供约IuA 的电流。第一电容器(Cl) 一端接低通滤波器的信号输出端，另一端接参考地(GND)；第一电容器(Cl)提供第一低通滤波单元的电容元件，其大小大约为200pF。第二电容器(C3) —端接第一 MOS管(Ml)的栅极，另一端接参考地(GND)；第二电容器(O)提供第二低通滤波单元的电容元件和启动电路的电容元件。上述实施例中，第三MOS管(M3)和第二电容器(C3)构成的第二低通滤波单元，为第一 MOS管(Ml)的栅极电压进行了低通滤波，从而避免输入高频噪声通过第一 MOS管(Ml) 的栅极和漏极的寄生电容前馈到输出，从而提高了片上低通滤波器的滤波性能；第二低通滤波单元和电流源(II)，还提供整个片上低通滤波器的启动电路部分，启动时，第二电容器 (C3)上的电压缓慢上升过程中第一MOS管(Ml)完全打开，给第一电容器(Cl)快速充电，实现快速启动，从而省去了现有技术中复杂的控制电路，可以有效节约成本和缩小设计面积。如图3所示，在本发明的一个实施例中，电容元件第一电容器(Cl)和第二电容器 (C3)可以由具有较大单位电容的MOS管来实现，如图中所示的N沟道MOS管第五MOS管 (M5)和第六MOS管(M6)。这样设计的目的是进一步减小设计面积。因为电容器件相比MOS管器件来说，所占的设计面积较大，因此如果采用具有较大单位电容的MOS管来替换电容元件，可以在尽可能不增加电路复杂程度的基础上，使得片上低通滤波器的设计面积进一步减小。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种片上低通滤波器，其特征在于，包括四个P沟道MOS管，分别为第一 MOS管(Ml)、第二 MOS管(M2)、第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)；两个电容器，分别为第一电容器(Cl)和第二电容器(C3)；—个电流源(Il)； 其中所述第一 MOS管(Ml)和第二MOS管(M2)的源极连接信号输入端；所述第一 MOS管(Ml) 的漏极和第一电容器(Cl)的一端连接信号输出端；所述第一 MOS管(Ml)的栅极连接第三 MOS管(M3)的漏极和第二电容器(C3)的一端；所述第二 MOS管(M2)的漏极连接第四MOS 管(M4)的源极；所述第三MOS管(M3)的源极连接第二 MOS管(M2)的栅极，且与第二 MOS 管(M2)的栅极共同连接在第二 MOS管(M2)的漏极与第四MOS管(M4)的源极的连接线上； 所述第四MOS管(M4)的漏极与电流源(Il)的负极相连；所述第三MOS管(M3)的栅极连接第四MOS管(M4)的栅极，且与第四MOS管(M4)的栅极共同连接在第四MOS管(M4)的漏极与电流源(Il)负极的连接线上；所述第一电容器(Cl)的另一端、第二电容器(C3)的另一端以及电流源(Il)的正极都与参考地(GND)相连。
2.根据权利要求1所述的片上低通滤波器，其特征在于，所述第一MOS管(Ml)栅极的宽度小于第一 MOS管(Ml)栅极的长度，第二 MOS管(M2)栅极的宽度大于第二 MOS管(M2) 栅极的长度，且第二 MOS管(M2)栅极的宽度远大于第一 MOS管(Ml)栅极的宽度。
3.根据权利要求2所述的片上低通滤波器，其特征在于，所述第三MOS管(M3)栅极的宽度小于第三MOS管(M3)栅极的长度，第四MOS管(M4)栅极的宽度大于第四MOS管(M4) 栅极的长度，且第四MOS管(M4)栅极的宽度远大于第三MOS管(M3)栅极的宽度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的片上低通滤波器，其特征在于，所述第一电容器 (Cl)和第二电容器(C3)分别由具有较大单位电容的N沟道MOS管第五MOS管(M5)和第六 MOS管(M6)替换。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的片上低通滤波器，其特征在于，所述电流源(Il) 的数量级为luA，所述第一电容器(Cl)的数量级为几百个pF。
6.根据权利要求4所述的片上低通滤波器，其特征在于，所述电流源(Il)为直流电流源。
全文摘要
本发明公开了一种片上低通滤波器，由四个P沟道MOS管、两个电容器和一个电流源构成；在现有的片上低通滤波器的基础上，去掉了电路启动的外部控制电路，增加了一个MOS管和电容器，共同构成另一个低通滤波单元，对整个电路的输入高噪声进行低通滤波，从而避免了输入高噪声通过MOS管的寄生电容前馈到输出，提高了片上低通滤波器的滤波性能；该低通滤波单元还与电流源一起构成了快速启动电路，从而省去了现有技术中复杂的控制电路，可以有效节约成本和缩小设计面积。
文档编号H03H7/01GK102420578SQ20101029849
公开日2012年4月18日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者张礼振, 胡胜发 申请人:安凯(广州)微电子技术有限公司