전류 적분기를 이용한 2V CMOS 연속시간 필터 설계

Design of 2V CMOS Continuous-Time Filter Using Current Integrator

본 논문에서는 상보형 high swing cascode 전류미러를 이용하여 저전압, 저전력 구동이 가능하고 고주파수 응용이 가능한 전류 적분기를 설계하였다. 간단한 전류미러로 구성된 적분기는 적분기의 비 이상적인 입력, 출력 저항 때문에 출력 전류 오차가 발생하는데 제안된 전류 적분기는 출력 저항이 증가하여 출력 전류의 오차가 감소하였다. 설계된 무손실, 유손실 전류 적분기를 이용한 설계 예로 3차 버터워스 저역통과 필터를 개구리도약형으로 구현하였다. 필터 구현시 무손실 전류 적분기의 위상 추이 때문에 발생하는 차단주파수 부근에서의 크기 특성 왜곡을 predistortion 설계법을 이용하여 감소시켰다. 설계된 전류모드 필터를 0.8㎛ CMOS n-well 공정 파라미터를 이용하여 SPICE 시뮬레이션한 결과 단일 2V 공급 전압에서 차단주파수는 20MHz, 전력소모는 615㎼를 갖는다. 또한 필터의 차단주파수는 DC 바이어스 전류에 의해 동조 할 수 있다.

In this paper, the design of a current integrator for low-voltage, low-power, and high frequency applications using complementary high swing cascode current-mirror is presented. The proposed integrator decreases output current errors due to non-zero input resistance and non-infinite output resistance of the simple current integrator. As a design example, the 3rd order Butterworth lowpass filter is designed by a leapfrog method. Also, we apply the predistortion design method to reduce the magnitude distortion which occurs at a cutoff frequency by the undesirable phase shift of a lossless current integrator. The designed current-mode filter is simulated and examined by SPICE using 0.8$\mu\textrm{m}$ CMOS n-well process parameters. The simulation results show 20MHz cutoff frequency and 615㎼ power dissipation with a 2V power supply. And the cutoff frequency of the filters can be easily changed by the DC bias current.