具有自動校正系統之六階電流式Gm-C帶通濾波器

A 6th-Order Current-mode Gm-C Band-pass Filter with Auto Calibration Scheme

傅俊凱(Jyun-Kai Fu)

指導教授 ： 江正雄

淡江大學/工學院/電機工程學系碩士班/碩士(2020年)

https://doi.org/10.6846/TKU.2020.00722

摘要

類比濾波器是電子電路中常見的元件，且廣泛使用於特定頻率訊號之處理。在電子產品越來越普及的時代，觸控面板的設計及發展就顯得特別重要，觸控面板的應用也相對廣泛，手機、電腦、各種3C產品。對於觸控面板的實現，有許多感應觸控的技術，例如紅外線感應、電阻感應以及電容感應，而電阻及電容感測最常用於ICT產品中。然而，由於單點觸控的缺點，電阻感應變得不再流行。另一方面，由於電容式感應的耐用性、靈敏度以及多點觸控，使用電容感應之設計就變得越來越普及。
在使用電容式感應設計的觸摸面板應用中，電容式感應的前端將採用濾波器為後續信號處理提供更好的感應信號。為了適用於不同的系統規格，此濾波器最好是低通或帶通濾波器。然而由於現有技術的驅動信號為低電壓之正弦波，因此信號帶寬將會是窄頻寬。為了有效避免觸摸屏外部的雜訊，濾波器必須是帶通濾波器，以便低頻和高頻雜訊可以被準確地濾除。
本論文提出一具有頻率自動校正系統之六階電流式轉導電容帶通濾波器。在濾波器中，被動元件之電阻及電感將以可調式偏壓電路之GM-cell所組合而成。此GM-cell也會使用在校正系統中的LC振盪器。此校正電路可以克服製程中PVT的變異，而產生出的一組數位碼可以控制可調式偏壓電路，進而改變帶通濾波器之中心頻率。此電路工作在180奈米製程以及1.8伏特電壓供應。

關鍵字

觸控面板 ； 電流式 ； 轉導電容 ； 帶通濾波器 ； 自動校正

並列摘要

This work presents a current-mode 6th order band-pass Gm-C filter with auto calibration scheme that is designed to receive better signals from the capacitive sensing touch panel. We implement a LC oscillator by using Gm-cells with calibration scheme to prevent PVT variations. The calibration scheme will generate digital compensation codes (6-bit control codes) to fine tune the voltage bias of the current source to calibrate the band-pass filter. This band-pass filter was designed and simulated by UMC 0.18um process with central frequency at 200kHz, 100kHz bandwidth and 1.8V power supply under 80 k Ohm of input/output impedances.
The designed current mode Gm-C filter is firstly simulated with 3 corner conditions (tt, ff and ss), and the frequency responses of these 3 corner conditions without changing the 6-bit control code. It shows the central frequency and the bandwidth would be dramatically variated. By tuning the Gm control code in the 3 conditions, the frequency responses would be adjusted to the designed targets. The central frequency and the bandwidth are converged to the same frequency point closely and acceptably.

並列關鍵字

current-mode ； Gm-C ； band-pass filter ； auto calibration

參考文獻

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