量測一階低通濾波器

在完成運算放大器與轉導器的量測後，可用離散的兩個轉導器與一個 運算放大器組成一階低通濾波器，其中運算放大器輸出入端跨接回授電 容，調整電容值可改變頻寬之大小。透過簡單連線驗證CAB 電路的功能，

一階低通濾波器示意圖如圖5.19 所示。

圖5.19 轉導器與運算放大器組成之一階低通濾波器示意圖

根據(4.11)式，一階低通濾波器之頻寬由回授電容 C 與第二組轉導器 所提供的轉導值 G_m2所決定，可增加電容值或是降低轉導值，以縮小頻寬 之範圍，使得一階低通濾波器更具有選擇度。

量測過程中，先設定 G_m1與 G_m2之 K_M=1，並固定參考電壓 V_ref皆為 1.8V(Vb=0.2V)。更換回授電容 C 以調整一階低通濾波器之工作頻寬，藉由 在轉導器 G_m1輸入端輸入峰對峰值為0.6V 之正旋波，量測濾波器輸出端訊 號是否有隨頻率的增加而逐漸衰減。回授電容 C 分別更換為 8pF、15pF、

22pF 與 100pF，量測輸出波形並經計算與整理，可繪出如圖 5.20 之增益波 德圖，藉此驗證組合電路濾波頻寬及其效能。由圖中可觀察出隨著電容值 的增加，濾波器之頻寬也隨著縮小，因此可驗證此電路的工作頻寬(極點) 與電容大小成反比。此外，仍透過此4 組電容值，在相同條件下透過 Hspice 繪出模擬增益圖，如圖 5.21 所示，以比較實際晶片中 CAB 的效能是否夠 好。

圖5.20 更換回授電容 8pF、15pF、22pF、100pF 之一階低通濾波器量測增 益圖

圖5.21 更換回授電容 8pF、15pF、22pF、100pF 之一階低通濾波器模擬增 益圖

由圖5.20 與 5.21 中，選定 100pF 以分析量測與模擬增益曲線之差異，

其增益比較圖如圖5.22 所示。圖中可知量測頻寬較模擬頻寬縮減，推測可 能受到電路內部寄生電容的影響，而造成實際電容值大於模擬時之電容 值。此外，轉導值之誤差也是造成濾波器增益圖中，量測頻寬縮減之原因。

圖5.22 回授電容 100pF 之一階低通濾波器量測與模擬增益比較圖

一階低通濾波器之量測波形圖，如圖 5.23(a)~(d)所示。其中圖(a)~(c) 為在 2MHz 且 Vp-p=0.6V 之輸入頻率下，分別更換 100pF、47pF 與 22pF 之回授電容。由100pF 之圖(a)相對於 22pF 之圖(c)可知，當電容值愈大，

頻寬愈小，輸入頻率超過3dB 頻率時，100pF 的情況下輸出振幅衰減程度 將大於22pF 的情況。此外，圖(c)與(d)皆為在 2MHz 且 22pF 之條件下，圖 (d)調整轉導器 G_m1與 G_m2之 K_M=2，在增益不變的情況下，G_m2之 K_M=2 造 成濾波器頻寬(極點)右移，因此圖(d)的輸出振幅衰減量將小於圖(c)的情況。

(a) (b)

(c) (d)

圖5.23 一階低通濾波器固定頻率更改電容之量測波形圖 (a)100pF (b)47pF (c)22pF (d)22pF 但 Gm2之 KM=2

由 4.2.1 節中可知，一階低通濾波器除了濾波之功能外，在低頻時亦 可做為比例放大器。為驗證轉導器內部電流鏡陣列電路是否可正常操作，

分別調整兩組轉導器之電流鏡類比開關為 KM=1 與 KM=2，因此兩組轉導值 G_m之相對比值可為0.5 與 2。量測波型如圖 5.24 所示，圖(a)中輸出訊號相 對輸入訊號之增益為0.5，而圖(b)中輸出訊號相對輸入訊號之增益為 2。

(a) (b)

圖 5.24 一階低通濾波器實現比例控制器之量測波形圖(a)0.5 倍(b)2 倍