频率可自动调节的高线性度低通滤波器设计

为提高在电力网载波通信系统中发射端低通滤波器的频率响应和线性度， 同时也为了节省成本， 文中给出了把低通滤波器放在芯片里面， 并通过使用电阻和MOS管级联来组成一个可变电阻， 同时把MOS管放在反馈系统中来提高低通滤波器的线性度的低通滤波器的设计方法。 在电力网载波通信系统中，发射端的低通滤波器扮演着至关重要的角色，其性能直接影响到信号传输的质量和稳定性。为了提升频率响应和线性度，同时降低成本，文章提出了一种创新的设计方法——将低通滤波器集成在芯片内部，采用电阻和MOS管级联形成可变电阻，并将MOS管置于反馈系统中以提升滤波器的线性度。 低通滤波器通常有开关电容型和连续时间型两种类型。开关电容型滤波器虽然能提供精确的截止频率，但由于采样特性需要额外的抗混叠和输出平滑滤波器，且易受时钟馈通和电荷注入影响导致线性度下降。相比之下，连续时间型滤波器更受欢迎，因为它避免了这些缺点。 文章聚焦于连续时间型低通滤波器，特别是R-MOS-C-Opamp结构，它使用电阻和MOS管构建可变电阻，降低了芯片面积并允许自动调节截止频率。其中，MOS管被放置在反馈系统中，增强了线性度。为实现频率的自动调节，设计中采用了开关电容电路，以精确控制时间常数，形成主从型调节网络。 实现可变电阻的电路设计包括差分型和改进型R-MOS结构。差分型可变电阻由四个线性区的MOS管构成，但在实际应用中，MOS管间的不匹配会影响线性度。改进型R-MOS结构通过分压作用减小MOS管两端电压，提高线性度。 高线性度低通滤波器的设计策略是运用反馈技术。一阶滤波器结构中，MOS管和运放组成的积分器形成反馈环路，通过减小MOS管的Vds来提高线性度。然而，随着输入频率的升高，这种提高线性度的效果会减弱。为解决这个问题，文章提出了自动调节电路，利用开关电容实现精确时间常数控制，形成动态调节网络。 最终，设计出的四阶切比雪夫Ⅰ型低通滤波器结合了线性度提高技术、自动调节技术和动态范围优化技术，其结构中包含了电流舵MOS管组成的可变电阻，以满足电力网载波通信系统的指标需求。 通过这种方式，设计出的低通滤波器不仅提高了频率响应和线性度，还实现了频率的自动调节，降低了成本，为电力网载波通信系统提供了更高效、稳定的信号处理解决方案。