基于Switched-RC技術(shù)的0.8 V帶通濾波器

　　2.3 Switched-RC帶通濾波器

　　本文所設(shè)計(jì)的帶通濾波器用于心率檢測(cè)設(shè)備。濾波器起到放大心率信號(hào)和衰減干擾信號(hào)的功能。所處理的心率信號(hào)集中在20～80 Hz頻段，干擾信號(hào)則分布在低于7 Hz頻段和高于100 Hz頻段。利用Matlab工具得到符合要求的濾波器傳輸函數(shù)然后計(jì)算出具體電容值。該濾波器為三個(gè)雙二階子單元的級(jí)聯(lián)，其中第一和第二個(gè)子單元為雙二階帶阻濾波器，阻帶中心頻率分別為10 Hz和110 Hz。第三個(gè)子單元為雙二階低通濾波器，截止頻率為100 Hz。各個(gè)子單元均采用偽差分結(jié)構(gòu)，子單元的具體電路如圖3和圖4所示。

　　表1給出了各個(gè)子單元的電容取值。基于Switched-RC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙二階結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)雙二階結(jié)構(gòu)的主要改進(jìn)方面是用電阻替代了浮動(dòng)開(kāi)關(guān)，解決了浮動(dòng)開(kāi)關(guān)高阻抗問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)低壓下正常工作，并且采樣支路和反饋支路電容采用了分離(split)的形式以保持恒定的共模電平。

 　　3 電路仿真結(jié)果

　　本文設(shè)計(jì)的濾波器幅頻響應(yīng)如圖5所示，設(shè)計(jì)的濾波器有10 dB增益以達(dá)到放大弱信號(hào)作用。采用TSMC0.18 μm CMOS工藝對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波電路進(jìn)行仿真模擬。仿真結(jié)果表明：在0.8 V工作電壓下，濾波器功耗為0.9 mV，輸出擺幅可達(dá)1.2 Vp-p，通帶增益為10 dB，表2給出了具體仿真結(jié)果。

　　圖6給出了輸入信號(hào)為周期14 ms(66 Hz)，幅值Vp-p=2 mV方波時(shí)的差分輸出結(jié)果。可見(jiàn)，輸入的方波經(jīng)過(guò)濾波器處理后，輸出為幅度放大的同頻率正弦波，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　基于開(kāi)關(guān)電阻電容技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種用于心率檢測(cè)沒(méi)備的低壓六階開(kāi)關(guān)電容帶通濾波器。該濾波器采用偽差分結(jié)構(gòu)，電源電壓為0.8 V，輸出擺幅可達(dá)1.2 Vp-p。仿真結(jié)果表明該濾波器完全滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，適合在低電壓下工作。該設(shè)計(jì)有效解決了低電源電壓下MOS開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通問(wèn)題，是低壓情況下開(kāi)關(guān)電容濾波器的一種全新實(shí)現(xiàn)方案。