高頻互補式金氧半電容切換式濾波器之新設計技術

Abstract

完全差動已是高頻電容切換式濾波器所必需使用之電路架構，傳統的完全差動高頻金 氧半運算放大器另需額外電路以執行共模迴授（CMFB），當差動信號振幅增大時，此 電路將導致性能退化。本研究中，基於合併兩個單端輸出運算放大器的設計概念，我 們提出兩個完全差動式金氧半高頻運算放大器並加以分析。經由內部差動到單端的轉 換電路，不需要額外的CMFB電路即可有效地執行共模迴授。新電路的良好特性已由模 擬的結果加以證實，而電路中一些潛在的有害效應亦在論文中加探討。 另一方面，本論文中同時探討有關使用單一增益緩衝器（Unitygain buffer）作完全 差動式的高頻電容切換式濾波器的問題。首先將探討被應用於單級放大器作為單一增 益緩衝器之靴帶式增益增強技術（Bootstrapped gain enhancement technique） 。 我們發現由於電流源的不完善導致增益的嚴重降低。為了改進單一增益緩衝器的性能 ，我們提出一個具有單一增益的完全差動式高頻放大器。當使用一３．５微米P 深井 金氧半技術時，它的截止頻率（cutoff frequency）可高達２５０百萬赫。此一新放 大器被應用於一實驗性的三階橢圓（elliptic）濾波器及一些電容切換二階濾波器（ SC Biquad） 的設計上。論文中亦描述用單一增益緩衝器作成電容切換式積分器的基 本運作並提出兩個用單一增益緩衝器作的電容切換式微分器（SC Differentiator） 。一個用單一增益緩衝器作成的新型差動式雙線性（Bilinear）電容切換式積分器也 由我們提出並應用於電容切換式二階濾波器（SC Biquad） 及電容切換式梯狀濾波器 （SC Ladder） 的設計上。同時並對雜散電容效應加以分析並提出可能的預失真（ predistortion） 法。模擬結果成功地證實新提出的完全差動式雙線性架構及新型高 頻放大器可適用於製作具有截止頻率高達百萬赫的低通濾波器。