时钟基准调谐

Gm-C 滤波器的频率取决于跨导与电容之比。两者都随工艺PV变化,跨导还随工作条件T变化。时钟基准调谐环路就是为解决这个问题。

开关电容基准调谐。比较节点对平均电流误差积分以调节 \(V_{cntl}\);\(R_1\) 和 \(C_1\) 平滑控制电压纹波。
开关电容基准调谐。比较节点对平均电流误差积分以调节 VcntlV_{cntl};R1R_1 和 C1C_1 平滑控制电压纹波。

基准电路反复通过电压差 VBV_B 给电容 CMC_M 充电,然后转移其电荷。若每个时钟周期完成一次完整的电荷转移,平均电流为

Iref=fclkCMVB. I_{ref}=f_{clk}C_MV_B.

一个复制跨导器产生正比于同一电压的电流。调谐环路比较两路电流,调节共享偏置直至两者平均值平衡。平衡时参考电压被消去,复制单元跨导由时钟频率和基准电容决定。

若滤波器跨导器与复制单元匹配,其积分速率为

GmC=fclkCMC. \frac{G_m}{C}=f_{clk}\frac{C_M}{C}.

这正是有用的结果:滤波器的频率尺度只取决于时钟和电容比。采用相同结构、位置相近的电容,其相对匹配精度通常高于绝对值精度,因此电容的公共变化在比值中大部分抵消。对一阶极点,将积分速率除以 2π2\pi 即得以赫兹为单位的极点频率。

开关属于基准电路;主滤波器可以保持连续时间工作。平滑网络减小共享控制电压上的开关纹波,使校准过程不会不必要地调制信号通路。

上述关系假设电荷转移完整、反馈已达到稳态且复制单元匹配良好。在这些限制内,环路把精确的时钟时序转换为模拟时间常数,而无需同样精确的片内绝对电阻或绝对电容。

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