基于Switched-RC技术的0.8 V带通滤波器

　　2.3 Switched-RC带通滤波器

　　本文所设计的带通滤波器用于心率检测设备。滤波器起到放大心率信号和衰减干扰信号的功能。所处理的心率信号集中在20～80 Hz频段，干扰信号则分布在低于7 Hz频段和高于100 Hz频段。利用Matlab工具得到符合要求的滤波器传输函数然后计算出具体电容值。该滤波器为三个双二阶子单元的级联，其中第一和第二个子单元为双二阶带阻滤波器，阻带中心频率分别为10 Hz和110 Hz。第三个子单元为双二阶低通滤波器，截止频率为100 Hz。各个子单元均采用伪差分结构，子单元的具体电路如图3和图4所示。

　　表1给出了各个子单元的电容取值。基于Switched-RC技术实现的双二阶结构与传统双二阶结构的主要改进方面是用电阻替代了浮动开关，解决了浮动开关高阻抗问题，实现低压下正常工作，并且采样支路和反馈支路电容采用了分离(split)的形式以保持恒定的共模电平。

　　3 电路仿真结果

　　本文设计的滤波器幅频响应如图5所示，设计的滤波器有10 dB增益以达到放大弱信号作用。采用TSMC0.18 μm CMOS工艺对所设计的滤波电路进行仿真模拟。仿真结果表明：在0.8 V工作电压下，滤波器功耗为0.9 mV，输出摆幅可达1.2 Vp-p，通带增益为10 dB，表2给出了具体仿真结果。

　　图6给出了输入信号为周期14 ms(66 Hz)，幅值Vp-p=2 mV方波时的差分输出结果。可见，输入的方波经过滤波器处理后，输出为幅度放大的同频率正弦波，达到设计要求。

　　4 结 语

　　基于开关电阻电容技术，设计了一种用于心率检测没备的低压六阶开关电容带通滤波器。该滤波器采用伪差分结构，电源电压为0.8 V，输出摆幅可达1.2 Vp-p。仿真结果表明该滤波器完全满足设计指标，适合在低电压下工作。该设计有效解决了低电源电压下MOS开关的导通问题，是低压情况下开关电容滤波器的一种全新实现方案。