一種通帶帶寬可調的低通濾波器的製作方法
2023-08-07 06:55:56 1
專利名稱：一種通帶帶寬可調的低通濾波器的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種模擬集成低通濾波器，具體是一種通帶帶寬可調的低通濾波器。
背景技術：
濾波器按實現方法可分為模擬濾波器和數字濾波器兩種，按功能可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器三種。模擬低通濾波器由於器件使用少，可濾去高頻噪聲，有較為成熟的CMOS開關電容技術來實現等優點，被廣泛的應用於各類模擬電路系統中。
理想低通濾波器有一個有限增益的頻率範圍(通帶)和一個增益為零的頻率範圍(阻帶)。但根據電路理論，這種濾波器是不可能實現的。實際的低通濾波器有一個有限增益的通帶和一個增益很小的阻帶，還有一個把通帶和阻帶隔開的過渡帶。圖1是低通濾波器的頻譜示意圖，其中T(jw)是低通濾波器的傳遞函數，Wp為通帶截止頻率，Ws為阻帶截止頻率，Wp和Ws之間就是過渡區，過渡區域越小，濾波器的性能就越好。
但在目前，應用系統中的低通濾波器只有一個截至頻率，即只有一個固定的通帶帶寬，這在許多系統中是極不方便的。例如，當一個系統的輸入時鐘信號的頻率提高了，如果濾波器的通帶帶寬不能相應的提高，整個系統就會出現問題。
發明內容
為了克服現有的低通濾波器只有一種固定通帶頻率在實際應用中的不足，本發明提供了一種通帶帶寬可調的低通濾波器，其特徵在於該濾波器由固定帶寬低通濾波器，解碼電路和附加電容組成；輸入信號經解碼電路解碼產生控制信號，控制信號連接發送到附加電容的控制埠，控制附加電容是否並聯在固定帶寬低通濾波器的電容上，附加電容並聯與否及其並聯電容容值的大小使該濾波器的電容值發生變化，從而改變濾波器的系統函數參數，實現調節低通濾波器的帶寬。
本發明所述的附加電容是由多個電容通過並連方式組成的電容組，其電容組數量等於固定帶寬低通濾波器的級數。
組成附加電容的每個電容都有一控制埠，該埠連接在解碼電路的輸出端，由解碼電路產生的控制信號控制其是否並聯在固定帶寬低通濾波器的電容上。
本發明所述濾波器的電阻是由開關和電容來模擬的，開關為一對NMOS、PMOS管並聯而成的CMOS模擬開關。
圖1為低通濾波器的頻譜2為本發明較佳實施例的電路原理3為本發明開關和電容模擬電阻的電路4為單個附加電容的結構5為解碼電路的結構圖
具體實施例方式
附圖2為本發明的較佳實施例的電路原理圖，該電路有三個主要部分一個解碼電路，實現將2位輸入數位訊號解碼成3個控制信號；一個完整的，具有三階固定通帶帶寬的低通濾波器，一個附加電容，包含有三組電容，每組電容由三個電容並聯而成，附加電容的2個埠A和B並聯在固定帶寬濾波器的電容上。電路的工作原理是這樣的如圖5所示，FH和FL是兩個輸入數位訊號，它們輸入到解碼電路中，產生3個控制信號F0，F1，F2，這三個控制信號依次連接在每組附加電容的控制埠Ct1上，控制附加電容是否並聯到濾波器上。例如，如果F0＝1，F1＝0，F2＝0。則c1a，c2a，c3a並聯在C1，C2，C3上。電容的容值由於c1a，c2a，c3a的併入而增大，濾波器的系統函數也就因此而改變，所以濾波器的通帶帶寬就改變了。
為了更詳細的說明濾波器的通帶帶寬是如何隨電容改變的，我們來進行量化分析。本發明的較佳實施例電路原理圖中的濾波器是一個三階帶寬的低通濾波器，我們根據圖2列出節點電壓方程ViRi=-V1R-V1X1-V2R-V1R=-V2X2-V0-RV2R=-V0R-V0X3---(1)]]>解方程，得到RRiVi=-(1+RC1S)(RC2SV2+V0)-V2]]>=(1+RC1S)RC2S(1+RC3S)V0+V0+(1+RC3S)V0---(2)]]>令C1＝C3，則
RRiVi=(1+RC3S)RC2S(1+RC3S)+2V0]]>=RC3(S+1RC3)S(S+1RC3)+2R2C2C3V0R2C2C3---(3)]]>整理可得到濾波器的系統傳輸函數V0Vi=1/RiR2C2C32(S+1RC3)S2+1RC3S+2R2C2C3---(4)]]>我們知道，三階巴特沃思系統函數的標準形式為 比較式(4)和式(5)，並考慮頻率歸一化，我們可以得到 解出C1、C2、C3，得出 其中，Wc即是濾波器的通頻帶截至頻率， 由於電路中電阻是開關電容模擬的，在計算時，可以把R由時鐘頻率和電容表示R=14fsCR---(9)]]>其中fs是輸入時鐘頻率。
將式(8)和式(9)帶入到式(7)中，整理得C3=CRfc2fxC2=2CRfc2fs---(10)C1=C3=CRfc2fs]]>從式(10)中，我們可以清楚地看到通帶帶寬fc同電容C1、C2、C3之間的直接關係。當改變電容值時，通帶帶寬便相應改變了。式(10)是本發明的理論基礎。
本發明通帶帶寬可調的低通濾波器的具體工作過程如下如圖2，當FH、FL都為低電平，經過解碼電路產生的F0、F1、F2都為低電平，C1a、C1b、C1c、C2a、C2b、C2c、C3a、C3b、C3c這些電容都未並連到濾波器上，C1tot＝C1、C2tot＝C2、C3tot＝C3，濾波器有一個通帶帶寬fc1；當FH低電平、FL高電平時，F0為高電平，F1、F2為低電平，C1a並上C1、C2a並上C2、C3a並上C3，此時，C1tot＝C1+C1a、C2tot＝C2+C2a、C3tot＝C3+C3a，濾波器有一個通帶帶寬為fc2；同理也可分析當FH為高電平、FL為低電平時，C1tot＝C1+C1b、C2tot＝C2+C2b、C3tot＝C3+C3b，濾波器有一個通帶帶寬fc3；FH為高電平、FL為低電平時，C1tot＝C1+C1c、C2tot＝C2+C2c、C3tot＝C3+C3c，濾波器有第四個通帶帶寬fc4。如此便實現了濾波器可調的四個通帶帶寬fc1、fc2、fc3、fc4。
圖3表示了如何用電容和開關模擬電阻。在集成電路中，要實現高阻值的電阻是很困難的，往往需要佔很大的晶片面積，在開關電容電路中，我們往往使用開關和電容來模擬電阻。圖3示意性的表示了電容和開關模擬電阻的實現方法。在此種模擬中，R=14fsCR]]>圖4表示了附加電容並連入電路的實現方法。當en=1時兩個CMOS模擬開關閉合，附加電容便並連入了濾波器中，而當en=0時，開關斷開，兩個NMOS管導通，附加電容兩端都接在了共模電壓上，電容不會被充電。
圖5表示了解碼電路的實現，F0=FHFL,]]>F1=FHFL,]]>,F2=FH·FL。
這樣已詳細地描述了本發明的最佳實施例。然而，對本領域中有普通技能的人顯而易見的是，可不脫離本發明的精神或範圍地對這裡揭示的實施例作出許多改變，所以本實施例不應作為對本發明的限制。
權利要求
1.一種通帶帶寬可調的低通濾波器，其特徵在於該濾波器由固定帶寬低通濾波器，解碼電路和附加電容組成；輸入信號經解碼電路解碼產生控制信號，控制信號連接發送到附加電容的控制埠，控制附加電容是否並聯在固定帶寬低通濾波器的電容上，附加電容並聯與否及其並聯電容容值的大小，使該濾波器的電容值發生變化，從而改變濾波器的系統函數參數，實現調節低通濾波器的帶寬。
2.根據權利要求1所述的附加電容，其特徵在於該附加電容是由多個電容通過並連方式組成的電容組。
3.根據權利要求1或2所述的附加電容，其特徵在於附加電容的電容組數量等於固定帶寬低通濾波器的級數。
4.根據權利要求1、2或3任一權利要求所述的附加電容，其特徵在於組成附加電容的每個電容都有一控制埠，該埠連接在解碼電路的輸出端，由解碼電路產生的控制信號控制其是否並聯在固定帶寬低通濾波器的電容上。
5.根據權利要求1所述的通帶帶寬可調的低通濾波器，其特徵在於該濾波器的電阻是由開關和電容來模擬的。
6.根據權利要求5所述的開關。其特徵在於該開關是由一對NMOS、PMOS管並聯而成的CMOS模擬開關。
全文摘要
本發明公開了一種通帶帶寬可調的低通濾波器，其特徵在於該濾波器由固定帶寬低通濾波器，解碼電路和附加電容組成；解碼電路由輸入信號解碼產生控制信號，控制信號連接發送到附加電容的控制埠，控制附加電容是否並聯在固定帶寬低通濾波器的電容上，附加電容並聯與否及其並聯電容組的數量多少使該濾波器的電容值發生變化，從而改變濾波器的系統函數參數，實現調節低通濾波器的帶寬，解決固定通帶低通濾波器頻率在實際應用中的不足。
文檔編號H03H1/00GK1983808SQ20051010227
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月12日 優先權日2005年12月12日
發明者劉敬波, 胡江鳴, 王韌, 常軍鋒, 劉茂生, 吳才潤, 梅楊珍, 石嶺, 劉雲 申請人:深圳艾科創新微電子有限公司