【摘 要】
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当前模拟集成电路的国产化替代是行业热点。在军事与航天领域使用的芯片对我国发展有重大影响,国产化替代的重要性则更为突出。速变参数传感器广泛应用于航天领域中,本课题的目标是为速变参数传感器提供一款高集成高阶低通滤波器芯片。开关电容滤波器相比于其他传统滤波器结构具有精度高,可集成度好的优点,适用于低频高精度的测量系统中。本课题基于开关电容滤波器原理,开展截止频率可调的八阶开关电容滤波器的设计及研究工作。
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当前模拟集成电路的国产化替代是行业热点。在军事与航天领域使用的芯片对我国发展有重大影响,国产化替代的重要性则更为突出。速变参数传感器广泛应用于航天领域中,本课题的目标是为速变参数传感器提供一款高集成高阶低通滤波器芯片。开关电容滤波器相比于其他传统滤波器结构具有精度高,可集成度好的优点,适用于低频高精度的测量系统中。本课题基于开关电容滤波器原理,开展截止频率可调的八阶开关电容滤波器的设计及研究工作。本课题设计了一款低纹波、低过渡比、高阻带衰减开关电容低通滤波器,实现了截止频率可调和对电容失配不敏感。本文详细研究了开关电容子模块的原理,分别从时域和z域角度分析了开关电容滤波器电学原理。在应用叠加原理分拆复杂开关电容网络结构,信号流图技术简化分析过程后,建立了开关电容滤波器基本数学模型,并针对指标要求研究了多种滤波器逼近函数,最终设计了能够满足较大过渡带斜率设计要求的椭圆滤波函数结构,详细计算了传递函数,验证了系统稳定性。针对系统结构,采用梯形法完成了高阶开关电容滤波器设计,详细分析了从无源梯形电路等效到开关电容的全过程,分析了电容失配对于级联法和梯形法二者不同的影响程度。为提高滤波器内部各级的动态范围,进行了尺度运算动态缩放和参数优化,完成了开关电容滤波器电路级的设计,设计了搭建开关电容电路所需的所有模块,包括差分放大器,六管传输门开关,两相不交叠时钟发生器以及偏置模块,并搭建滤波器整体电路仿真验证。完成了课题的所有技术指标要求。本课题采用0.35μm BCD工艺进行版图设计,完成了DRC、LVS检查和后仿真验证。实现了截止频率在30Hz到10k Hz可调,通带纹波小于0.4d B,过渡比为1.5,阻带衰减大于70d B的开关电容低通滤波器性能指标要求。
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