CN118713618A - 一种滤波电路 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种滤波电路，包括至少一个电流镜，用于镜像复制电流；所述至少一个电流镜包括第一电流镜，所述第一电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二晶体管用于对所述第一晶体管接收的输入电流信号进行镜像复制；第一电容，所述第一电容连接在所述第二晶体管的控制端和输出端之间；有源电感，所述有源电感与所述第二晶体管的输出端连接；电压转换模块，用于将其中一个所述电流镜的镜像复制电流转换成电压信号；电压输出端，用于将转换后的所述电压信号输出。该滤波电路可以实现较低的拐点频率。

Description

一种滤波电路

技术领域

本公开实施例涉及集成电路领域，尤其涉及一种滤波电路。

背景技术

在集成电路设计中，经常遇到低通电流滤波需求，例如滤除噪声、减小纹波等。目前，常见的低通滤波器为RC低通滤波器，其中RC代表了电阻（Resistor）和电容（Capacitor），该滤波器结构原理简单，滤波效果明显，因此应用广泛。

然而，随着电子技术的不断进步，为获得更好的低通滤波效果，对低通滤波器提出了更高的要求。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种滤波电路。

为达到上述目的，本公开实施例提供一种滤波电路，包括：至少一个电流镜，用于镜像复制电流；所述至少一个电流镜包括第一电流镜，所述第一电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二晶体管用于对所述第一晶体管接收的输入电流信号进行镜像复制；第一电容，所述第一电容连接在所述第二晶体管的控制端和输出端之间；有源电感，所述有源电感与所述第二晶体管的输出端连接；电压转换模块，用于将其中一个所述电流镜的镜像复制电流转换成电压信号；电压输出端，用于将转换后的所述电压信号输出。

在一些实施例中，所述有源电感包括第一电阻和第三晶体管，所述第一电阻位于所述第三晶体管的控制端与输入端之间，所述第三晶体管的输入端与所述第二晶体管的输出端连接。

在一些实施例中，所述电压转换模块用于将所述第一电流镜的镜像复制电流转换成所述电压信号，所述电压转换模块连接所述第二晶体管的输出端；所述电压输出端连接所述第二晶体管的输出端。

在一些实施例中，所述至少一个电流镜还包括第二电流镜：所述第二电流镜包括第一晶体管和第四晶体管，所述第四晶体管用于对所述第一晶体管接收的输入电流信号进行镜像复制。

在一些实施例中，所述电压转换模块用于将所述第二电流镜的镜像复制电流转换成所述电压信号，所述电压转换模块连接所述第四晶体管的输出端；所述电压输出端连接所述第四晶体管的输出端。

在一些实施例中，还包括：至少一个滤波单元，所述第一晶体管的控制端、所述第一电流镜的所述第二晶体管的控制端、所述滤波单元和所述第四晶体管的控制端依次连接。

在一些实施例中，还包括与所述有源电感串联连接的第二电阻，所述第二电阻的阻值大于所述电压转换模块的阻值。

在一些实施例中，所述电压转换模块包括电阻或跨阻放大器。

在一些实施例中，所述第一晶体管和所述第二晶体管包括MOS晶体管或BJT晶体管。

在一些实施例中，所述第一晶体管的尺寸小于所述第二晶体管的尺寸。

在一些实施例中，所述滤波电路还包括：第二电容，所述第二电容的第一端与所述第一晶体管的控制端和输出端连接，所述第二电容的第二端接地。

在一些实施例中，所述第二电容的容值小于所述第一电容的容值。

在一些实施例中，所述第一电流镜包括基础电流镜、共源共栅电流镜或自偏置级联电流镜。

本公开实施例提供一种滤波电路，包括：至少一个电流镜，用于镜像复制电流；所述至少一个电流镜包括第一电流镜，所述第一电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二晶体管用于对所述第一晶体管接收的输入电流信号进行镜像复制；第一电容，所述第一电容连接在所述第二晶体管的控制端和输出端之间；有源电感，所述有源电感与所述第二晶体管的输出端连接；电压转换模块，用于将其中一个所述电流镜的镜像复制电流转换成电压信号；电压输出端，用于将转换后的所述电压信号输出。其中，第一电容设于第二晶体管的控制端和输出端之间，第二晶体管具有放大作用，可以使用较小的第一电容获得较大的放大容值。因为滤波电路的拐点频率与容值相关，故可以获得较低的拐点频率，减小电流中的低频纹波以使在输入点引起的摆幅较小，并节省芯片面积。

有源电感与第二晶体管的输出端连接，一方面拓展第二晶体管的带宽，使第二晶体管放大效应能够覆盖到更高的频率；另一方面也可以增大一频段内的第二晶体管所在支路的总等效阻抗，从而增大此频段的增益，增大第一电容的放大倍数，有利于获得较低的拐点频率，减小电流中的低频纹波在电流输入点引起的摆幅。

同时，在本公开实施例的滤波电路中，因为电流信号从第一晶体管输入，故滤波电路的输入阻抗与第一晶体管的跨导相关，当低频的输入电流信号增大时，滤波电路的输入阻抗会随之减小，如此，相比于传统的RC滤波电路，本公开实施例可以显著地减小滤波电路电流输入节点的电压摆幅，使得电流输入节点能够获得更多的电压设计裕度。

除此之外，本公开实施例中滤波电路的有源电感不提供电流转电压的功能，而由电压转换模块实现电流转电压的功能，实现了对低通滤波和电流转电压的分离，从而可以灵活的设置电压输出端输出的电压信号的大小，提高了电路设计的灵活度。

附图说明

图1A为一示例中提供的低通滤波电路的电路图；

图1B为一种示意的低通滤波器的频率响应图；

图2为本公开实施例提供的第一种滤波电路的电路图；

图3为本公开实施例提供的第二种滤波电路的电路图；

图4为本公开实施例提供的第三种滤波电路的电路图；

图5为本公开实施例提供的第四种滤波电路的电路图；

图6为本公开实施例提供的第一种第一电流镜示意图；

图7为本公开实施例提供的第二种第一电流镜示意图；

图8为本公开实施例提供的第三种第一电流镜示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施方式及附图，对本公开实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本公开的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本公开教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本公开必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向（旋转90度或其它取向）并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本公开，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本公开的技术方案。本公开的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本公开还可以具有其他实施方式。

在集成电路设计中，经常遇到低通电流滤波需求，例如滤除噪声、减小纹波等。目前，常见的低通滤波器为RC低通滤波器。

参考图1A，图1A为一示例中提供的低通滤波电路的电路图。

如图1A所示，低通滤波电路100包括一个电容C和一个电阻R，其中，电容C具有第一端101和第二端102，电阻R具有第一端103和第二端104，电容C的第一端101与电阻R的第一端103连接，电容C的第二端102与电阻R的第二端104连接。电容C的第一端101与电阻R的第一端103之间连接有工作电压V_DD，电容C的第二端102与电阻R的第二端104之间设有电流输入端105和电压输出端106，电流输入端105用以输入电流I_IN，电压输出端106用以输出电压V_OUT。

图1A中，低通滤波电路100的整体阻抗如下，这里，电容C的电容值可以表示为C，电阻R的电阻值可以表示为R。

参考图1B，图1B为一种示意的低通滤波器的频率响应图。

如图1B所示，低通滤波电路100具有截止频率，也即-3dB拐点频率（Cut-offfrequency），当输入信号的频率大于拐点频率时，低通滤波电路100的整体阻抗的阻抗值将以每10倍频20dB的趋势下降。其中，滤波器的拐点频率，是指在滤波器的频率响应图曲线开始明显偏离其通带特性的频率点。在这个频率点，信号的幅度通常会下降到通带幅度的约70.7%（即-3dB）。例如在图1B中，横轴是频率（坐标为Hz），纵轴是增益（坐标为dB），A点对应的频率为拐点频率，拐点频率约为1kHz。

对于该低通滤波电路100来说，输出电压的大小与输入电流和低通滤波电路的整体阻抗相关，即：

由上式可知，输出电压V_OUT具有与低通滤波电路100的整体阻抗Z_IN相同的频率响应，如此，可以实现低通滤波。

然而，随着电子技术的不断进步，为获得更好的低通滤波效果，对低通滤波器提出了更高的要求。例如，减小3dB拐点，以滤除更多高频段的信号，并保留低频段的信号。

在一些实施例中，可以通过增大电阻R以减小-3dB拐点，使得-3dB拐点在频率响应图中向左平移。然而，若直接增大电阻R，虽然可以降低拐点频率，但由于在拐点频率之前的阻抗增加，会导致输入电流I_IN中的低频纹波转换为幅度更大的输出电压V_OUT纹波。因此，若该低通滤波电路连接在某些关键节点，如放大器输出负载处，则该低通滤波电路的阻值大小可能受到限制，此时若增大电阻R可能会影响电路的静态工作点，或限制放大器的线性度。这里，静态工作点指：放大器电路中，交流输入信号为0时，电路处于直流工作状态，这些直流电流和电压的数值在三极管特性曲线上表示为一个确定的点，即为静态工作点。

基于此，本公开实施例提供一种滤波电路。

参考图2，图2为本公开实施例提供的第一种滤波电路的电路图。

如图2所示，本公开实施例提供一种滤波电路200，包括：至少一个电流镜、第一电容C₁、有源电感203、电压转换模块206和电压输出端214。在本实施例中，以滤波电路200包括一个第一电流镜202为例进行说明。其中，第一电流镜202包括第一晶体管M1和第二晶体管M2，第二晶体管M2用于对第一晶体管M1接收的输入电流信号进行镜像复制；第一电容C₁连接在第二晶体管M2的控制端204和输出端205之间；有源电感203与第二晶体管M2的输出端205连接；电压转换模块206用于将其中一个电流镜的镜像复制电流转换成电压信号V_OUT，在本实施例中，以用于将第一电流镜202的镜像复制电流转换成电压信号V_OUT为例进行说明；电压输出端214用于输出电压信号V_OUT。

其中，电流信号I_IN中的波纹被第一电容C₁流走，故流入第一晶体管M1的电流中没有波纹，也就是说，流入第一晶体管M1的电流被过滤，滤波后的电流被第二晶体管M2复制，故从第二晶体管M2的输出端205流出的复制电流也没有波纹。

可以将第二晶体管M2所在支路207看作是一个共源放大器，第一电容C₁设于第二晶体管M2的控制端204和输出端205之间，可以将第一电容C₁的电容值放大，使得滤波电路200可以通过使用容值较小（或面积较小）的第一电容C₁获得较大的放大容值，大的电容值可以降低拐点频率，故本方案可以获得较低的拐点频率，并减小电流中的低频纹波以使在电流输入点引起的摆幅较小，节省芯片面积。

有源电感203连接第二晶体管M2的输出端，可以提高第二晶体管M2的增益，有源电感203既可以拓展第二晶体管M2的带宽，从而对第一电容C₁获得更大的放大容值，能够覆盖到更高的频率；同时，有源电感本身具有阻抗特性，可以增大总等效阻抗，从而增大第二晶体管M2增益，进一步放大容值，降低拐点频率。

有源电感203不提供电流转电压的功能，而由电压转换模块206实现电流转电压的功能，实现了对低通滤波和电流转电压的分离，从而可以灵活的设置电压输出端输出的电压信号的大小，提高了电路设计的灵活度。

因为电流信号I_IN从第一晶体管M1输入，故滤波电路的输入阻抗与第一晶体管M1的跨导相关，当低频的输入电流信号增大时，滤波电路的输入阻抗会随之减小，如此，相比于传统的RC滤波电路，本公开实施例可以显著地减小滤波电路电流输入节点的电压摆幅，使得电流输入节点能够获得更多的电压设计裕度。

其中，支路207可以理解为第一电流镜中第二晶体管M2输出镜像复制电流的支路。在本实施例中，电压转换模块206连接第一电流镜中第二晶体管M2的输出端，用于将第一电流镜的镜像复制电流转换成电压信号V_OUT，电压输出端214连接第一电流镜中第二晶体管M2的输出端，用于输出电压信号V_OUT，故支路207包括第二晶体管M2以及连接在第二晶体管M2的控制端204和输出端205之间的第一电容C₁，以及与第二晶体管M2的输出端205连接的有源电感203和电压转换模块206。这里，有源电感203和电压转换模块206可以作为共源放大器的负载。第二晶体管M2的控制端204为共源放大器的输入端，第二晶体管M2的输出端205为共源放大器的输出端。连接在第二晶体管M2的控制端204和输出端205之间的第一电容C₁可以被第二晶体管M2所在支路207放大，并且，放大后的电容的容值可以等效到第二晶体管M2所在支路207的输入端。也即，第二晶体管M2的控制端204被放大1+A_V倍，其中，A_V为第二晶体管M2所在支路207的电压增益。

如图2所示，本公开实施例中，为了进一步提高第二晶体管M2所在支路207的增益，避免电压信号V_OUT的大小对第二晶体管M2所在支路207造成一定影响，避免当电压信号V_OUT过高时导致第二晶体管M2无法维持在饱和区正常工作，增加了上述有源电感203。有源电感203可以包括第一电阻R₁和第三晶体管M3，第一电阻R₁连接在第三晶体管M3的控制端208（例如，第三晶体管M3的栅极）与输入端209（例如，第三晶体管M3的漏极）之间，第三晶体管M3的输入端209与第二晶体管M2的输出端205连接。

本公开实施例中，若第三晶体管M3的控制端208和输入端209直接相连，有源电感203的阻值表现为1/g_m3，即为小电阻，g_m3为第三晶体管M3的跨导。这里，由于第三晶体管M3的控制端208和输入端209之间增加了第一电阻R₁，使得第三晶体管M3的控制端208的RC时间常数增大。当第三晶体管M3的输入端209电压快速变化时，第三晶体管M3的控制端208的电压的响应时间变长，使得在短时间内，第三晶体管M3的控制端208的电压的变化很小，如此，可以认为其连接到了一个近似固定的电平，使第三晶体管M3对高频信号表现为高阻。

本公开实施例中，第一电阻R₁连接在第一电流镜202外部，使得第一电容C₁可以在第一晶体管M1的控制端和第二晶体管M2的控制端处被放大。示例性地，当第一电容C₁的容值为C时，在第一晶体管M1的控制端和第二晶体管M2的控制端处被放大后的放大容值为（1+）C。

本公开实施例中，有源电感203和电压转换模块206均连接在第二晶体管M2所在支路207。其中，电压转换模块206与有源电感203的输出端连接，且电压输出端214与有源电感203的输出端连接。这里，有源电感203的输出端可以为第三晶体管M3的输出端。如此，滤波电路200的有源电感203不提供电流转电压的功能，从而实现了对低通滤波和电流转电压的过程的分离，提高了电路设计的灵活度。

本公开实施例中，第一电流镜的结构以基础电流镜的结构为示意进行说明，也就是说，第一电流镜包括第一晶体管M1和第二晶体管M2，输入电流信号I_IN按照一定比例镜像复制到第二晶体管M2的输出端205，其中，复制比例可以为1：N，N可以大于1，也可以小于1。

本公开实施例中，电压转换模块206包括电阻或跨阻放大器。例如，电压转换模块206包括电阻R_L。电压输出端214连接在有源电感203与电阻R_L之间。

参考图2，第二晶体管M2所在支路207的负载为电阻R_L和第三晶体管M3串联。其中，电阻R_L的一端与电压输出端214相连，电压输出端214可以输出电压信号V_OUT，电阻R_L的另一端接地。第二晶体管M2所在支路207的放大倍数取决于第二晶体管M2的跨导和电阻R_L阻值的乘积。具体的第二晶体管M2所在支路207的电压增益为：

其中，为第二晶体管M2的跨导。这里，由于信号不从第一电阻R₁中流过，因此，为第三晶体管M3和电阻R_L的总等效阻抗。

这里，晶体管的跨导可以表示为：

上式中，为晶体管的物理参数，W/L为晶体管的宽长比，为源漏电流。

由于第二晶体管M2所在支路207中设有第一电容C₁，使得在高频下第二晶体管M2所在支路207的负载的阻抗下降，即，下降。导致第二晶体管M2所在支路207的放大倍数减小。而由于本公开实施例的滤波电路中包括有源电感203，使得第二晶体管M2所在支路207的放大倍数为第二晶体管M2的跨导与电阻R_L和有源电感203的感抗的和的乘积。如此，可以使得第二晶体管M2所在支路207的放大倍数在一定的频率内保持不变，改善高频下的放大效应。总的来说，有源电感203一方面拓展了第二晶体管M2的带宽，从而使第二晶体管M2放大效应能够覆盖到更高的频率。另一方面也可以增大一频段内第二晶体管M2所在支路207的总等效阻抗，从而增大此频段的增益，增大第一电容C₁的放大的倍数，有利于获得较低的拐点频率，减小电流中的低频纹波在电流输入点引起的摆幅。具体的，根据从有源电感203的输入端看入的阻抗表达式可以得到一个零点和一个主极点，当电流信号的频率连接在零点和主极点之间时，有源电感203可以增大第二晶体管M2所在支路207的总等效阻抗，从而增大此频段的增益。

本公开实施中，滤波电路还包括：第二电容C₂，第二电容C₂的第一端210与第一晶体管M1的控制端211和输出端212连接，第二电容C₂的第二端213接地。

本公开实施例中，由于第二晶体管M2所在支路207本身具有一定的带宽限制，因此，在高于第二晶体管M2所在支路207的带宽的频率下，第二晶体管M2所在支路207的电压增益下降，使得第一电容C₁的放大效果会开始减弱。基于此，针对高频信号的滤波，滤波电路可以包括第二电容C₂，通过第二电容C₂来改善高频下的第二晶体管M2所在支路207的放大效果。这里，第一电容C₁和有源电感203可以在滤波电路200中形成第一级滤波，第二电容C₂可以在滤波电路200中形成第二级滤波，第二电容C₂不会影响电流镜的电流复制，因此可以实现不同频率的滤波，实现多极点滤波。

本公开实施例中，第二电容C₂的容值小于第一电容C₁的容值。因为不同容值的电容的滤波频段不同，这里，由于第二电容C₂的滤波频段较高，因此其容值可以设计的小一些，以节省芯片面积。

此时，滤波电路的等效阻抗可以简化为：

其中，为第一晶体管M1的跨导。

3dB拐点频率可以写为：

这里，由于第一晶体管M1和第二晶体管M2构成第一电流镜，因此，第一晶体管M1和第二晶体管M2的直流电流比可以通过第一晶体管M1和第二晶体管M2的宽长比表达。当电压增益较大且C₂较小时，上式可以简化为：

本公开实施例中，通过设计>1，即可实现放大第一电容C₁的作用，从而使用较小面积的第一电容C₁实现拐点频率更低的低通滤波。

本公开实施例中，电流信号I_IN由第一晶体管M1输入，电流信号I_IN中的纹波通过第一电容C1和第二电容C2流走，故电流信号I_IN被滤波。滤波后的电流I_IN被第二晶体管M2复制，故从第二晶体管M2的输出端205流出的复制电流也被滤波，也就是说，第二晶体管M2所在支路的电流被滤波。当复制电流流经电阻R_L时，被转化为电压信号V_OUT，由电压输出端214输出V_OUT，电压信号V_OUT为滤波后的电压信号。这里，电阻R_L的大小可以根据设计需要进行调整，可以获得灵活的电压信号V_OUT。

参考图3，图3为本公开实施例提供的第二种滤波电路的电路图。

如图3所示，本公开实施例中，滤波电路300包括两个电流镜、第一电容C₁、第二电容C₂、有源电感306、电压转换模块304和电压输出端314，两个电流镜分别为：第一晶体管M1和第二晶体管M2形成的第一电流镜、第一晶体管M1和第四晶体管M4形成的第二电流镜303。其中，这里，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电容C₁、第二电容C₂、有源电感306和电压转换模块304的结构具体可以参照图2中的相关部分的描述，这里不做赘述。

本公开实施例中，第二电流镜的结构以基础电流镜的结构为示意进行说明，也就是说，第二电流镜包括第一晶体管M1和第四晶体管M4，第四晶体管M4的控制端与第一晶体管M1的控制端302连接，用于对第一晶体管M1接收的输入电流信号I_IN进行镜像复制。其中，复制比例可以为1：M，M可以大于1，也可以小于1，第四晶体管M4与第二晶体管M2的复制比例可以相同，也可以不同。

本公开实施例中，电压转换模块304连接第四晶体管M4的输出端305，用于将第四晶体管M4的输出转换成电压信号V_OUT后由电压输出端314输出。

需要注意的是，图3中滤波电路300的低通滤波通过第一晶体管M1和第二晶体管M2形成的第一电流镜，以及第一电容C₁、第二电容C₂、有源电感306和第二电阻R₂实现。而滤波电路300的电压转换通过第一晶体管M1和第四晶体管M4形成第二电流镜303，以及电压转换模块304和电压输出端314实现。

本公开实施例中，相比于图2所示的滤波电路200，图3中的滤波电路300中电压输出端314连接在第四晶体管M4所在的支路，第一电容C1和有源电感306连接在第二晶体管M2所在的支路，电压输出端314与第一电容C1、有源电感306连接在电流镜的不同输出支路，能够实现输出电压V_OUT和滤波结构（第一电容C1和有源电感306形成的滤波结构）分离，从而使得两者都具有更大的设计空间。

本公开实施例中，第一晶体管M1和第四晶体管M4形成第二电流镜303。这里，流入第一晶体管M1的电流为被滤波后的电流。换句话说，输入电流信号I_IN中拐点频率以上的纹波实际上已经通过第一电容C₁和第二电容C₂流走，而没有流入第一晶体管M1。因此，第四晶体管M4可以复制流入第一晶体管M1的电流，并由第四晶体管M4的输出端305输出。进一步的，连接在第四晶体管M4的输出端305的电压转换模块304可以将第四晶体管M4输出的电流信号转化为电压信号V_OUT并通过电压输出端314输出，电压信号V_OUT实现滤波。

本公开实施例中，滤波电路300还包括与有源电感306串联连接的第二电阻R₂，第二电阻R₂的阻值大于电压转换模块304的阻值。具体的，第二电阻R₂的阻值大于电阻R_L的阻值。本公开实施例中，第二电阻R₂可以作为第二晶体管M2所在支路307的负载的一部分，以增大第二晶体管M2所在支路307的负载的阻抗值，从而增大第一电容C₁的放大的倍数，有利于获得更低的拐点频率。

需要注意的是，图3中的第二晶体管M2、有源电感306和第二电阻R₂所在的支路与图2中的第二晶体管M2、有源电感203和电压转换模块206所在的支路所起的作用相同，均为用于放大第一电容C₁，以实现低通滤波。然而，由于图3中第二晶体管M2、有源电感306和第二电阻R₂所在的支路不需要输出电压V_OUT，因此，不会影响第二晶体管M2所在支路307的正常工作。如此，可以适当增大第二电阻R₂以获得更大的电容放大倍数。本公开实施例中，第二电阻R₂的阻值大于电压转换模块304的阻值，示例性的，第二电阻R₂的阻值大于电阻R_L的阻值，以实现更好的对电容进行放大。

本公开一些实施例中，有源电感306连接在第二电阻R₂和第二晶体管M2之间。本公开另一些实施例中，第二电阻R₂可以连接在有源电感306和第二晶体管M2之间，从而使得第三晶体管M3的输出端308（例如，第三晶体管M3的源极）和体级能更方便的连接到同一电位。具体的，第二电阻R₂连接在有源电感306的输入端和第二晶体管M2的输出端之间，第三晶体管M3的输出端308接地。

图3中，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4均为PMOS晶体管，第一晶体管M1的输入端309（例如，第一晶体管M1的源极）、第二晶体管M2的输入端310（例如，第二晶体管M2的源极）和第四晶体管M4的输入端（例如，第三晶体管M4的源极）连接工作电压V_DD。第二电阻R₂的一端和电压转换模块304的一端接地，电压转换模块304的另一端（连接电压输出端314的一端）连接第四晶体管M4的输出端305，电压输出端314用以输出电压V_OUT。

本公开实施例中，第二晶体管M2的控制端和第四晶体管M4的控制端连接至同一节点，具体的，第二晶体管M2的控制端和第四晶体管M4的控制端连接至连接在第一晶体管M1的控制端302的节点。

本公开一些实施例中，第一晶体管M1的控制端、第四晶体管M4的控制端、第二晶体管M2的控制端依次连接，例如图3所示，第四晶体管M4的控制端更靠近第一晶体管M1的控制端，也就是说，在电路的版图中，第四晶体管M4的控制端连接在第一晶体管M1的控制端和第四晶体管M4的控制端之间。

本公开另一些实施例中，还可以第一晶体管M1的控制端、第二晶体管M2的控制端、第四晶体管M4的控制端依次连接，第二晶体管M2的控制端更靠近第一晶体管M1的控制端，也就是说，在电路的版图中，第二晶体管M2的控制端连接在第一晶体管M1的控制端和第四晶体管M4的控制端之间。

参考图4，图4为本公开实施例提供的第三种滤波电路的电路图。

如图4所示，本公开实施例中，滤波电路400包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第四晶体管M4、第一电容C₁、第二电容C₂、有源电感406、电压转换模块405、电压输出端414和第二电阻R₂。其中，第一晶体管M1和第二晶体管M2形成第一电流镜，第一晶体管M1和第四晶体管M4形成第二电流镜。这里，第一电流镜、第一晶体管M1、第二晶体管M2、第一电容C₁、第二电容C₂、有源电感406和电压转换模块405的结构具体可以参照图2中的相关描述，第二电流镜、第四晶体管M4和第二电阻R₂可以参考图3中的描述，这里不做赘述。

在本实施例中，滤波电路400还包括：至少一个滤波单元401，连接在第二晶体管M2的控制端402和第四晶体管M4的控制端403之间，第一晶体管M1的控制端404、第二晶体管M2的控制端402、滤波单元401和第四晶体管M4的控制端403依次连接，例如图4所示，第二晶体管M2的控制端更靠近第一晶体管M1的控制端，也就是说，在电路的版图中，第二晶体管M2的控制端402连接在第一晶体管M1的控制端404和第四晶体管M4的控制端403之间。

滤波单元401的滤波频率可以与第一电容C1和有源电感406形成的滤波结构的滤波频率不同，以实现多极点滤波。这里，滤波单元401可以在滤波电路400中形成第三级滤波。此外，当滤波电路400包括多个串联的滤波单元401时，多个串联的滤波单元401可以用于不同频率的滤波。

本公开实施例中至少一个滤波单元401连接在第二晶体管M2的控制端402和第四晶体管M4的控制端403之间。这里，滤波单元401可以为RC滤波模块或LC滤波模块。图4中，滤波单元401可以包括至少一个RC滤波模块，例如滤波单元401包括一个电阻R_F和一个电容C_F，以实现多极点滤波。需要注意的是，滤波单元401是对第二晶体管M2的控制端402的电压进行滤波，而非对电流进行滤波。因此，滤波单元401可以使用较大的电阻R_F而非大的电容C_F以获得低的拐点频率，使得在减小电容C_F面积的同时并不会影响输入电流I_IN的输入节点的电压摆幅。

本公开实施例中，电流信号I_IN中的纹波通过第一电容C1、第二电容C2、电容C_F流走，故电流信号I_IN被滤波。滤波后的电流I_IN被第四晶体管M4复制，故从第四晶体管M4的输出端流出的复制电流也被滤波，也就是说，第四晶体管M4所在支路的复制电流被滤波。当复制电流流经电阻R_L时，被转化为电压信号V_OUT，由电压输出端414输出V_OUT，电压信号V_OUT为滤波后的电压信号。

本公开实施例中，在滤波电路400包括滤波单元401的情况下，第四晶体管M4和电压转换模块405所在的支路需设置在滤波单元401之后。即，沿电流传输方向上，电压转换模块405连接在滤波单元401之后，以保证第二电流镜可以实现电流复制的功能。

本公开实施例中，第一晶体管M1的尺寸小于第二晶体管M2的尺寸，以实现对第一电容C₁的放大。其中，晶体管的尺寸可以理解为晶体管的栅极的长宽比。

本公开实施例中，可以根据实际需求，调整第四晶体管M4的尺寸与第一晶体管M1的尺寸的相对大小，可以理解为，调整第四晶体管M4的长宽比与第一晶体管M1的长宽比的相对大小。

在上述图2至图4的实施例中，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4可以是MOS晶体管或BJT晶体管，在上述实施例中，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4均以PMOS晶体管为例进行说明。然而，在其他实施例中，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4也可以均为NMOS晶体管。图5中，将以图4作为示例，具体说明将对应于图4中的第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4均替换为NMOS晶体管后的滤波电路500的结构。

参考图5，图5为本公开实施例提供的第四种滤波电路的电路图。

如图5所示，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4为NMOS晶体管。可以理解的是，由于各晶体管的类型发生了变化，因此，相比于图4中的滤波电路400，图5中的滤波电路500需要将PMOS晶体管的有源部分进行镜像翻转。此时，第一晶体管M1的输入端501（例如，第一晶体管M1的源极）、第二晶体管M2的输入端502（例如，第二晶体管M2的源极）和第四晶体管M4的输入端503（例如，第三晶体管M3的源极）分别接地。第二电阻R2的一端和电压转换模块504的一端接工作电压V_DD，并且，电压转换模块504的另一端（连接电压输出端514的一端）连接第四晶体管M4的输出端，电压输出端514用以输出电压V_OUT。

本公开实施例中，第一电流镜包括基础电流镜、共源共栅电流镜或自偏置级联电流镜。第二电流镜包括基础电流镜、共源共栅电流镜或自偏置级联电流镜。其中，第一电流镜和第二电流镜共用第一晶体管M1。以下以第一电流镜为例，说明第一电流镜和第二电流镜可能的结构。

参考图6至图8，图6为本公开实施例提供的第一种第一电流镜示意图，图7为本公开实施例提供的第二种第一电流镜示意图，图8为本公开实施例提供的第三种第一电流镜示意图。

如图6所示，第一种第一电流镜600为对基础电流镜的改进。第一电流镜600包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、电阻R₃和电阻R₄，第一晶体管M1和第二晶体管M2可以为PMOS晶体管。第一晶体管M1的输入端601（例如，第一晶体管M1的源极）经电阻R₃连接至工作电压V_DD，第一晶体管M2的输入端602（例如，第二晶体管M2的源极）经电阻R₄连接至工作电压V_DD。在其他实施例中，第一晶体管M1和第二晶体管M2还可以为NMOS晶体管。第一电流镜600的第一晶体管M1用于接收输入电流I_IN，第一电流镜600的第二晶体管M2的控制端和输出端之间可以连接第一电容C₁。当将图6所示的电流镜应用于第二电流镜时，可以将图6中的第二晶体管M2替换为第四晶体管M4。

如图7所示，第二种第一电流镜700为共源共栅电流镜。第一电流镜700包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第五晶体管M5和第六晶体管M6。第一晶体管M1、第二晶体管M2、第五晶体管M5和第六晶体管M6可以为PMOS晶体管。第一晶体管M1的输入端701与第五晶体管M5的输出端702连接，第五晶体管M5的输入端703连接工作电压V_DD。第二晶体管M2的输入端704与第六晶体管M6的输出端705连接，第六晶体管M6的输入端706连接工作电压V_DD。在其他实施例中，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第五晶体管M5和第六晶体管M6还可以为NMOS晶体管。

第一电流镜700的第一晶体管M1用于接收输入电流I_IN，第一电流镜700的第二晶体管M2的控制端和输出端之间可以连接第一电容C₁。当将图7所示的电流镜应用于第二电流镜时，可以将图7中的第二晶体管M2替换为第四晶体管M4。

在图7所示的实施例中，第五晶体管M5的输入端703和输出端702接在工作电压V_DD和第一晶体管M1的输入端之间，第六晶体管M6的输入端706和输出端705接在工作电压V_DD和第二晶体管M2的输入端之间，在其他实施例中，还可以第一晶体管M1的输入端和输出端接在工作电压V_DD和第五晶体管M5的输入端之间，第二晶体管M2的输入端和输出端接在第六晶体管M6的输入端和工作电压V_DD之间。

如图8所示，第三种第一电流镜800为自偏置级联电流镜。第一电流镜800包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第五晶体管M5、第六晶体管M6和电阻R₅。第一晶体管M1、第二晶体管M2、第五晶体管M5和第六晶体管M6可以为PMOS晶体管。第一晶体管M1的输入端801与第五晶体管M5的输出端802连接，第五晶体管M5的输入端803连接工作电压V_DD。第二晶体管M2的输入端804与第六晶体管M6的输出端805连接，第六晶体管M6的输入端806连接工作电压V_DD。第一晶体管M1的控制端807（例如，第一晶体管M1的栅极）连接至电阻R₅的其中一端，第五晶体管M5的控制端808（例如，第五晶体管M5的栅极）连接至电阻R₅的另一端。在其他实施例中，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第五晶体管M5和第六晶体管M6还可以为NMOS晶体管。

第一电流镜800的第一晶体管M1用于接收输入电流I_IN，输入电流I_IN可以从电阻R₅的一端接入，第一电流镜800的第二晶体管M2的控制端和输出端之间可以连接第一电容C₁。当将图8所示的电流镜应用于第二电流镜时，可以将图8中的第二晶体管M2替换为第四晶体管M4。

在图8所示的实施例中，第五晶体管M5的输入端和输出端接在工作电压V_DD和第一晶体管M1的输入端之间，第六晶体管M6的输入端和输出端接在工作电压V_DD和第二晶体管M2的输入端804之间，在其他实施例中，还可以第一晶体管M1的输入端和输出端接在工作电压V_DD和第五晶体管M5的输入端之间，第二晶体管M2的输入端和输出端接在第六晶体管M6的输入端和工作电压V_DD之间。

本公开实施例中，第一电流镜可根据设计需求替换为图6至图8任何一种电流镜结构，以获得更好的复制精度。

除此之外，本公开实施例中滤波电路中的第一电流镜不提供电流转输出电压V_OUT的功能，也即，输出电压V_OUT由电压转换模块产生，从而实现了对低通滤波和电流转电压的过程的分离，提高了电路设计的灵活度。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本公开的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本公开的优选实施方式，并非因此限制本公开的专利范围，凡是在本公开的发明构思下，利用本公开说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本公开的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种滤波电路，其特征在于，包括：

至少一个电流镜，用于镜像复制电流；所述至少一个电流镜包括第一电流镜，所述第一电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二晶体管用于对所述第一晶体管接收的输入电流信号进行镜像复制；

第一电容，所述第一电容连接在所述第二晶体管的控制端和输出端之间；

有源电感，所述有源电感与所述第二晶体管的输出端连接；

电压转换模块，用于将其中一个所述电流镜的镜像复制电流转换成电压信号；

电压输出端，用于将转换后的所述电压信号输出。

2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述有源电感包括第一电阻和第三晶体管，所述第一电阻位于所述第三晶体管的控制端与输入端之间，所述第三晶体管的输入端与所述第二晶体管的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述电压转换模块用于将所述第一电流镜的镜像复制电流转换成所述电压信号，所述电压转换模块连接所述第二晶体管的输出端；

所述电压输出端连接所述第二晶体管的输出端。

4.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述至少一个电流镜还包括第二电流镜：

所述第二电流镜包括第一晶体管和第四晶体管，所述第四晶体管用于对所述第一晶体管接收的输入电流信号进行镜像复制。

5.根据权利要求4所述的滤波电路，其特征在于，所述电压转换模块用于将所述第二电流镜的镜像复制电流转换成所述电压信号，所述电压转换模块连接所述第四晶体管的输出端；

所述电压输出端连接所述第四晶体管的输出端。

6.根据权利要求4或5所述的滤波电路，其特征在于，还包括：至少一个滤波单元，所述第一晶体管的控制端、所述第一电流镜的所述第二晶体管的控制端、所述滤波单元和所述第四晶体管的控制端依次连接。

7.根据权利要求6所述的滤波电路，其特征在于，还包括与所述有源电感串联连接的第二电阻，所述第二电阻的阻值大于所述电压转换模块的阻值。

8.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述电压转换模块包括电阻或跨阻放大器。

9.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管包括MOS晶体管或BJT晶体管。

10.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一晶体管的尺寸小于所述第二晶体管的尺寸。

11.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波电路还包括：

第二电容，所述第二电容的第一端与所述第一晶体管的控制端和输出端连接，所述第二电容的第二端接地。

12.根据权利要求11所述的滤波电路，其特征在于，所述第二电容的容值小于所述第一电容的容值。

13.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述第一电流镜包括基础电流镜、共源共栅电流镜或自偏置级联电流镜。