專利名稱：陷波器及低通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，尤其是涉及一種集成電路中的陷波器，還涉及一種低通濾波器。
背景技術(shù)：
在模擬電路設(shè)計中，陷波器通常是用來抑制或者消除特定頻率的干擾。由于工頻 (50Hz或者60Hz)干擾無處不在，很多儀器設(shè)備(如心電監(jiān)護(hù)儀等)內(nèi)部都包含用來抑制這種工頻干擾的陷波器。這種陷波器一般用離散電阻、離散電容和運算放大器在印制電路板(PCB)焊接而成。但是這樣用PCB焊接而成的陷波器不僅功耗高、體積大，而且精度也不高。將陷波器全部集成在一個芯片內(nèi)可以消除上述陷波器存在的問題。然而在現(xiàn)代微電子工藝中，集成在芯片內(nèi)的電阻一般不超過500K Ω，電容不超過50pF，這是因為如果集成電阻或者集成電容超過這些值，它們的非線性將極大地?fù)p壞電路的性能，得不償失。在這樣的限制下，陷波器的中心頻率便達(dá)不到抑制工頻干擾的要求。集成的濾波器同樣存在上述的濾波頻率的控制問題。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種能夠集成到芯片中并用于抑制工頻干擾的陷波器?！N陷波器，包括依次連接的第一積分電路、單位增益反相電路以及第二積分電路，所述第一積分電路的輸入端為陷波器的輸入端，所述第二積分電路的輸出端為陷波器的輸出端，所述輸入端和第二積分電路的反饋輸入端之間連接前饋電容，所述輸出端和第一積分電路的反饋輸入端之間并聯(lián)反饋電阻和反饋電容，所述第一積分電路和第二積分電路中運算放大器的反相輸入端連接有電流控制電路。優(yōu)選地，所述電流控制電路包括兩個漏極相接的第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管， 其中第一場效應(yīng)管的柵極輸入第一偏置電壓、源極接所述運算放大器的反相輸入端，第二場效應(yīng)管的柵極輸入第二偏置電壓、源極接所述運算放大器的同相輸入端并輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓，且第一積分電路的反饋輸入端為兩個場效應(yīng)管相連的漏極，第二積分電路的反饋輸入端為運算放大器的反相輸入端。優(yōu)選地，所述單位增益反相電路包括運算放大器、并聯(lián)于運算放大器輸出端和反相輸入端之間的偽電阻和電容以及并聯(lián)于單位增益反相電路的輸入端和所述運算放大器的反相輸入端之間的偽電阻和電容，所述偽電阻包括兩個場效應(yīng)管，兩個場效應(yīng)管的柵極和漏極短接后連接，兩個場效應(yīng)管的源極分別作為整個偽電阻的兩端。一種低通濾波器，包括依次連接的第一積分電路、單位增益反相電路以及第二積分電路，所述第一積分電路的輸入端為陷波器的輸入端，所述第二積分電路的輸出端為陷波器的輸出端，所述輸出端和第一積分電路的反饋輸入端之間并聯(lián)反饋電阻和反饋電容， 所述第一積分電路和第二積分電路中運算放大器的反相輸入端連接有電流控制電路。
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優(yōu)選地，所述電流控制電路包括兩個漏極相接的第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管， 其中第一場效應(yīng)管的柵極輸入第一偏置電壓、源極接所述運算放大器的反相輸入端，第二場效應(yīng)管的柵極輸入第二偏置電壓、源極接所述運算放大器的同相輸入端并輸入偏置電壓，且第一積分電路的反饋輸入端為兩個場效應(yīng)管相連的漏極，第二積分電路的反饋輸入端為運算放大器的反相輸入端。優(yōu)選地，所述單位增益反相電路包括運算放大器、并聯(lián)于運算放大器輸出端和反相輸入端之間的偽電阻和電容以及并聯(lián)于單位增益反相電路的輸入端和所述運算放大器的反相輸入端之間的偽電阻和電容，所述偽電阻包括兩個場效應(yīng)管，兩個場效應(yīng)管的柵極和漏極短接后連接，兩個場效應(yīng)管的源極分別作為整個偽電阻的兩端。上述陷波器或低通濾波器中電流控制電路在第一積分電路和第二積分電路所起的作用是輸入到運算放大器的反相輸入端的電流相比于輸入的電流大為減小。從而極大地增加積分器的時間常數(shù)，可以避免使用較大的電阻和電容，使集成變得簡單。

圖1為一實施例的陷波器的電路原理圖；圖2為第一積分電路的電路原理圖；圖3為單位增益反相電路的電路原理圖；圖4為對陷波器進(jìn)行仿真后得到的頻率響應(yīng)曲線；圖5為陷波器在不同的偏置電壓VBl下的頻率響應(yīng)曲線；圖6為陷波器在不同偏置電壓VBl下對應(yīng)的中心頻率；圖7為一實施例的低通濾波器的電路原理圖。
具體實施方式如圖1所示，為一實施例的陷波器。該陷波器包括依次連接的第一積分電路100、 單位增益反相電路200以及第二積分電路300。第一積分電路100包括運算放大器U1、連接于運算放大器Ul的輸出端和反相輸入端之間的電容Cl以及順次連接在運算放大器Ul的反相輸入端的電流控制電路102和電阻 R1，其中電流控制電路102連接在運算放大器Ul的反相輸入端和電阻Rl之間。陷波器的輸入端Vin通過電阻Rl連接至電流控制電路102。第二積分電路300包括運算放大器U2、連接于運算放大器U2的輸出端和反相輸入端之間的電容C2以及順次連接在運算放大器U2的反相輸入端的電流控制電路302和電阻 R2，其中電流控制電路302連接在運算放大器U2的反相輸入端和電阻R2之間。陷波器的輸出端V。ut是運算放大器U2的輸出端。單位增益反相電路200的輸入端與運算放大器Ul的輸出端連接，單位增益反相電路200的輸出端通過電阻R2連接至電流控制電路302。反饋電阻R3和反饋電容C3并聯(lián)在輸出端V。ut和第一積分電路100的反饋輸入端。 其中第一積分電路100的反饋輸入端是指電阻Rl和電流控制電路102連接的一端。前饋電容C4連接在陷波器的輸入端Vin和第二積分電路300的反饋輸入端之間， 其中第二積分電路300的反饋輸入端是指運算放大器U2的反相輸入端和電流控制電路302連接的一端。運算放大器Ul、U2的同相輸入端均輸入電壓\。上述電路中電流控制電路102、302在第一積分電路100和第二積分電路300所起 的作用是使輸入到運算放大器U1、U2的反相輸入端的電流相比于R1、R2的電流大為減小。 這里將兩個電流的比值記為a。將整個陷波器的輸入電壓記為Vi，輸出電壓記為Vo，單位增益反相電路的輸入電 壓和輸出電壓分別記為V” -V1，為簡便起見，其他各個阻抗器件的參數(shù)均與其標(biāo)號相對應(yīng) (如反饋電阻R3的阻值即為R3)，則根據(jù)基爾霍夫電流定律，有a
權(quán)利要求
1.一種陷波器，包括依次連接的第一積分電路、單位增益反相電路以及第二積分電路， 所述第一積分電路的輸入端為陷波器的輸入端，所述第二積分電路的輸出端為陷波器的輸出端，所述輸入端和第二積分電路的反饋輸入端之間連接前饋電容，所述輸出端和第一積分電路的反饋輸入端之間并聯(lián)反饋電阻和反饋電容，其特征在于，所述第一積分電路和第二積分電路中運算放大器的反相輸入端連接有電流控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的陷波器，其特征在于，所述電流控制電路包括兩個漏極相接的第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，其中第一場效應(yīng)管的柵極輸入第一偏置電壓、源極接所述運算放大器的反相輸入端，第二場效應(yīng)管的柵極輸入第二偏置電壓、源極接所述運算放大器的同相輸入端并輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓，且第一積分電路的反饋輸入端為兩個場效應(yīng)管相連的漏極，第二積分電路的反饋輸入端為運算放大器的反相輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的陷波器，其特征在于，所述單位增益反相電路包括運算放大器、 并聯(lián)于運算放大器輸出端和反相輸入端之間的偽電阻和電容以及并聯(lián)于單位增益反相電路的輸入端和所述運算放大器的反相輸入端之間的偽電阻和電容，所述偽電阻包括兩個場效應(yīng)管，兩個場效應(yīng)管的柵極和漏極短接后連接，兩個場效應(yīng)管的源極分別作為整個偽電阻的兩端。
4.一種低通濾波器，包括依次連接的第一積分電路、單位增益反相電路以及第二積分電路，所述第一積分電路的輸入端為陷波器的輸入端，所述第二積分電路的輸出端為陷波器的輸出端，所述輸出端和第一積分電路的反饋輸入端之間并聯(lián)反饋電阻和反饋電容，其特征在于，所述第一積分電路和第二積分電路中運算放大器的反相輸入端連接有電流控制電路。
5.如權(quán)利要求4所述的低通濾波器，其特征在于，所述電流控制電路包括兩個漏極相接的第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，其中第一場效應(yīng)管的柵極輸入第一偏置電壓、源極接所述運算放大器的反相輸入端，第二場效應(yīng)管的柵極輸入第二偏置電壓、源極接所述運算放大器的同相輸入端并輸入偏置電壓，且第一積分電路的反饋輸入端為兩個場效應(yīng)管相連的漏極，第二積分電路的反饋輸入端為運算放大器的反相輸入端。
6.如權(quán)利要求5所述的低通濾波器，其特征在于，所述單位增益反相電路包括運算放大器、并聯(lián)于運算放大器輸出端和反相輸入端之間的偽電阻和電容以及并聯(lián)于單位增益反相電路的輸入端和所述運算放大器的反相輸入端之間的偽電阻和電容，所述偽電阻包括兩個場效應(yīng)管，兩個場效應(yīng)管的柵極和漏極短接后連接，兩個場效應(yīng)管的源極分別作為整個偽電阻的兩端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陷波器，包括依次連接的第一積分電路、單位增益反相電路以及第二積分電路，所述第一積分電路的輸入端為陷波器的輸入端，所述第二積分電路的輸出端為陷波器的輸出端，所述輸入端和第二積分電路的反饋輸入端之間連接前饋電容，所述輸出端和第一積分電路的反饋輸入端之間并聯(lián)反饋電阻和反饋電容，所述第一積分電路和第二積分電路中運算放大器的反相輸入端連接有電流控制電路。本發(fā)明還公開一種低通濾波器，其中的積分電路采用與上述陷波器相同的結(jié)構(gòu)。上述積分器具有較大的時間常數(shù)，可以避免使用較大的電阻和電容，使集成變得簡單。
文檔編號H03H7/46GK102355220SQ20111015102
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者張金勇, 李海希, 王磊 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院