一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路的製作方法
2023-04-29 12:12:26
一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，屬於無線通信接收機【技術領域】。直流失調消除電路由I路和Q路的積分器單元和跨導放大器單元組成。Gm-C型複數濾波器I路和Q路的輸出信號，通過該直流失調消除電路後，分別反饋到I路的I1和Q路的Q1節點，形成閉環負反饋，提高濾波器在低頻處的抑制能力，減小IQ兩路之間的失配，消除直流失調對靜態工作點的影響，避免後級模塊出現飽和與失真。
【專利說明】-種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用於Gm-c型複數濾波器的直流失調消除電路，屬於無線通信 接收機【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通訊技術的迅速發展和人們對無線通訊產品需求的不斷增加，射頻集成 電路設計已經成為研究的熱點。低中頻結構由於其便於集成、功耗低等優點在射頻接收機 中有廣泛應用。中頻信道選擇濾波器是射頻接收機的關鍵模塊，其主要作用是濾除帶外信 號，抑制鏡像信號的幹擾。中頻信道選擇濾波器採用Gm-C型複數濾波器結構實現，相比較 於其他類型的有源濾波器，具有結構簡單、功耗低和易於調諧等優點。可變增益放大器也是 射頻接收機的重要模塊，其提供了整個接收機鏈路的大部分增益，但這兩部分的功耗也佔 了接收機總功耗的很大比例。
[0003]為了節約接收機晶片的面積，降低整體的功耗，帶有可變增益功能的複數濾波器 將是未來技術的發展方向。但是，當複數濾波器工作在較大增益時，低頻處的增益也相應增 大，導致濾波器對低頻處的抑制不夠，如圖1所示，不能有效的消除直流失調對靜態工作點 的影響，導致後級模塊出現飽和與失真，嚴重影響接收機整體的性能，因此研究一種應用於 Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路對提高整個接收機性能非常重要。
【發明內容】
[0004] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種應用於Gm-c型複數濾 波器的直流失調消除電路，提高複數濾波器在低頻處的抑制，減小IQ兩路之間的失配，消 除直流失調對靜態工作點的影響，避免後級模塊出現飽和與失真。
[0005] 本發明的技術解決方案是：一種應用於Gm-c型複數濾波器的直流失調消除電路， Gm-C型複數濾波器包括I路輸入單元、I路中間單元、I路輸出單元、Q路輸入單元、Q路中 間單元、Q路輸出單元、第一交叉耦合單元、第二交叉耦合單元以及第三交叉耦合單元，I路 輸入單元與Q路輸入單元通過第一交叉耦合單元連接，I路中間單元與Q路中間單元通過第 二交叉耦合單元連接，I路輸出單元與Q路輸出單元通過第三交叉耦合單元連接，I路輸入 信號Iin依次通過I路輸入單元、I路中間單元和I路輸出單元後得到I路輸出信號lout， Q路輸入信號Qin依次通過Q路輸入單元、Q路中間單元和Q路輸出單元後得到Q路輸出信 號Qout;
[0006] 所述直流失調消除電路包括I路積分器單元、Q路積分器單元、第一跨導放大器單 元、第二跨導放大器單元、第三跨導放大器單元、第四跨導放大器單元和反相器；
[0007] I路積分器單元接收Gm-C型複數濾波器的I路輸出信號lout，對該I路輸出信 號lout進行低通濾波後得到兩路相同的低頻信號，分別輸出給第一跨導放大器單元和第 二跨導放大器單元，第一跨導放大器單元對接收的低頻信號進行放大後輸出第一I路放大 信號，第二跨導放大器單元對接收的低頻信號進行放大後輸出第二I路放大信號；Q路積分 器單元接收Gm-C型複數濾波器的Q路輸出信號Qout，對該Q路輸出信號Qout進行低通濾 波後得到兩路相同的低頻信號，分別輸出給反相器和第四跨導放大器單元，反相器對接收 的低頻信號進行取反後輸出給第三跨導放大器單元，第三跨導放大器單元對接收的信號進 行放大後輸出第一Q路放大信號，第四跨導放大器單元對接收的信號進行放大後輸出第二 Q路放大信號；
[0008] 第一I路放大信號和第一Q路放大信號疊加後反饋到Gm-c型複數濾波器I路輸 入單元的輸出端11，第二I路放大信號和第二Q路放大信號疊加後反饋到Gm-C型複數濾波 器Q路輸入單元的輸出端Q1。
[0009] 所述I路積分器單元和Q路積分器單元的直流增益均為1。
[0010] 所述I路積分器單元和Q路積分器單元的截止頻率相同，均為f，Gm-C型複數濾波 器的低頻處抑制的轉折點Fs由I路積分器單元或Q路積分器單元的截止頻率決定，即Fs =f〇
[0011] 所述第一跨導放大器單元與第四跨導放大器單元的跨導值相同，第二跨導放大器 單元與第三跨導放大器單元的跨導值相同。
[0012] 所述第一跨導放大器單元、第二跨導放大器單元、第三跨導放大器單元和第四跨 導放大器單元均由基本的跨導放大器組合而成。
[0013] 本發明與現有技術相比，具有以下明顯優點：
[0014] (1)本發明的直流失調消除電路，通過I路和Q路兩路之間的疊加反饋可以降低 Gm-C型複數濾波器低頻處的增益，提高低頻處的抑制；同時I路和Q路兩路之間的疊加反 饋還可以消除直流失調對靜態工作點的影響，避免後級模塊出現飽和與失真；
[0015] (2)本發明通過改變I路積分器單元和Q路積分器單元的截止頻率f，可以調節 Gm-C複數濾波器低頻處抑制的優化轉折點Fs;
[0016] (3)本發明中採用的跨導放大器單元均由基本的跨導放大器組合而成，可以提高 電路的匹配性，降低電路之間的失配。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為Gm-C型複數濾波器在無直流失調消除電路和有直流失調消除電路情況下 的頻率響應曲線；
[0018] 圖2為本發明的一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路拓撲結構示 意圖；
[0019] 圖3為三階Gm-c型複數濾波器的全差分拓撲結構示意圖；
[0020] 圖4為直流失調消除電路的全差分拓撲結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 本發明提出一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，如圖2所示。 Gm-C型複數濾波器10包括I路輸入單元、I路中間單元、I路輸出單元、Q路輸入單元、Q路 中間單元、Q路輸出單元、第一交叉耦合單元（圖2中的交叉耦合單元1)、第二交叉耦合單 元（圖2中的交叉耦合單元2)以及第三交叉耦合單元（圖2中的交叉耦合單元3)，I路輸 入單元與Q路輸入單元通過第一交叉耦合單元連接，I路中間單元與Q路中間單元通過第 二交叉耦合單元連接，I路輸出單元與Q路輸出單元通過第三交叉耦合單元連接，I路輸入 信號依次通過I路輸入單元、I路中間單元和I路輸出單元後向外輸出I路輸出信號，Q路 輸入信號依次通過Q路輸入單元、Q路中間單元和Q路輸出單元後向外輸出Q路輸出信號； 其特徵在於：所述直流失調消除電路包括I路積分器單元201、Q路積分器單元202、第一跨 導放大器單元203、第二跨導放大器單元204、第三跨導放大器單元205、第四跨導放大器單 元206和反相器207 ;
[0022] I路積分器單元201接收Gm-C型複數濾波器10的I路輸出信號lout，對該I路 輸出信號進行低通濾波後得到兩路相同的低頻信號，分別輸出給第一跨導放大器單元203 和第二跨導放大器單元204,第一跨導放大器單元203對接收的低頻信號進行放大後輸出 第一I路放大信號，第二跨導放大器單元204對接收的低頻信號進行放大後輸出第二I路 放大信號；Q路積分器單元202接收Gm-C型複數濾波器10的Q路輸出信號Qout，對該Q路 輸出信號進行低通濾波後得到兩路相同的低頻信號，分別輸出給反相器207和第四跨導放 大器單元206,反相器207對接收的低頻信號進行取反操作後輸出給第三跨導放大器單元 205,第三跨導放大器單元205對接收的信號進行放大後輸出第一Q路放大信號，第四跨導 放大器單元206對接收的信號進行放大後輸出第二Q路放大信號；
[0023] 第一I路放大信號和第一Q路放大信號疊加後反饋給Gm-C型複數濾波器101路輸 入單元的輸出端II，第二I路放大信號和第二Q路放大信號的輸出信號疊加後反饋給Gm-C 型複數濾波器10Q路輸入單元的輸出端Q1。
[0024] 各部分的具體電路結構和連接關係說明如下。
[0025] 以差分輸入信號形式為例對本
【發明內容】
進行闡述。圖3是三階Gm-C型複數濾波 器的全差分拓撲結構示意圖，它由I路低通濾波器30、Q路低通濾波器40和中間交叉耦合 單元50組成。I路低通濾波器30由跨導放大器單元Gmll、GmI2、GmI3、GmI4、GmI5、GmI6、 GmI7 和電容CI1、CI2、CI3、CI4、CI5、CI6、CI7、CI8 組成。Gmll組成I路輸入單元，GmI2、 GmI3、GmI4、GmI5、GmI6組成I路中間單元，GmI7為I路輸出單元。Q路低通濾波器40由 跨導放大器單元GmQl、GmQ2、GmQ3、GmQ4、GmQ5、GmQ6、GmQ7 和電容CQ1、CQ2、CQ3、CQ4、CQ5、 CQ6、CQ7、CQ8 組成。GmQl組成Q路輸入單元，GmQ2、GmQ3、GmQ4、GmQ5、GmQ6 組成Q路中間 單元，GmQ7為Q路輸出單元。中間交叉耦合單元50由跨導放大器Gml、Gm2、Gm3、Gm4、Gm5 和Gm6組成。Gml、Gm2組成第一交叉稱合單元，Gm3、Gm4組成第二交叉稱合單元，Gm5和Gm6 組成第三交叉耦合單元。I路的差分輸入信號為I_INP和I_INN，差分輸出信號為I_0UTP 和I_0UTN。Q路的差分輸入信號為Q_INP和Q_INN，差分輸出信號為Q_0UTP和Q_0UTN。
[0026] 圖4是直流失調消除電路的全差分拓撲結構示意圖，I路的差分輸出信號I_0UTP 和I_0UTN通過I路積分器單元得到兩路相同的I路低頻信號，該I路積分器單元由運算放 大器A1，電阻R1、電容C1、電阻R2和電容C3組成。Q路的差分輸出信號Q_0UTP和Q_0UTN 通過Q路積分器單元得到兩路相同的Q路低頻信號，該Q路積分器單元由運算放大器A2， 電阻R3、電容C3、電阻R4和電容C4組成。其中一路I路低頻信號通過第一跨導放大器單 元Gm7的輸出與一路Q路低頻信號通過第三跨導放大器單元Gm9的輸出相連，將得到的信 號反饋到I路輸入單元Gmll的輸出端11+和II-。另外一路Q路低頻信號通過第四跨導放 大器單元GmlO的輸出與另外一路I路低頻信號通過第二跨導放大器單元Gm8的輸出相連， 將得到的信號反饋到Q路輸入單元GmQl的輸出端Q1+和Q1-。
[0027] 以三階Gm-C型複數濾波器為例，本發明提出的應用於Gm-C型複數濾波器的直流 失調消除電路的工作原理解釋如下：
[0028] 三階Gm-C型複數濾波器由I路低通濾波器30、Q路低通濾波器40和中間交叉耦 合單元50組成，I路低通濾波器與Q路低通濾波器採用全差分方式實現，電路結構相同，I 路低通濾波器30或Q路低通濾波器40的截止頻率決定了複數濾波器的帶寬，中間交叉耦 合單元50則決定了複數濾波器的中心頻率。具體工作原理在此就不再詳細描述了。
[0029] 直流失調消除電路也採用全差分方式實現，I路的差分輸出信號I_0UTP和I_0UTN 通過I路積分器單元得到I路低頻信號，同樣Q路的差分輸出信號Q_〇UTP和Q_0UTN通過 積分器單元得到Q路低頻信號，I路積分器單元和Q路積分器單元電路結構相同，電阻R1、 1?2、1?3、1?4的阻值相同，均為1?，電容(：1、02、03、04的電容值相同，均為（：。1路積分器單元 和Q路積分器單元直流增益均為1，截止頻率f?決定了複數濾波器低頻處抑制的優化轉折點 (如圖1所示），頻率為Fs:
【權利要求】
1. 一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，其特徵在於：Gm-C型複數濾波 器（10)包括I路輸入單元、I路中間單元、I路輸出單元、Q路輸入單元、Q路中間單元、Q路 輸出單元、第一交叉耦合單元、第二交叉耦合單元以及第三交叉耦合單元，I路輸入單元與 Q路輸入單元通過第一交叉耦合單元連接，I路中間單元與Q路中間單元通過第二交叉耦合 單元連接，I路輸出單元與Q路輸出單元通過第三交叉耦合單元連接，I路輸入信號Iin依 次通過I路輸入單元、I路中間單元和I路輸出單元後得到I路輸出信號lout，Q路輸入信 號Qin依次通過Q路輸入單元、Q路中間單元和Q路輸出單元後得到Q路輸出信號Qout ; 所述直流失調消除電路包括I路積分器單元（201)、Q路積分器單元（202)、第一跨導 放大器單元（203)、第二跨導放大器單元（204)、第三跨導放大器單元（205)、第四跨導放大 器單元（206)和反相器（207); I路積分器單元（201)接收Gm-C型複數濾波器（10)的I路輸出信號lout，對該I路 輸出信號lout進行低通濾波後得到兩路相同的低頻信號，分別輸出給第一跨導放大器單 元（203)和第二跨導放大器單元（204)，第一跨導放大器單元（203)對接收的低頻信號進行 放大後輸出第一 I路放大信號，第二跨導放大器單元（204)對接收的低頻信號進行放大後 輸出第二I路放大信號；Q路積分器單元（202)接收Gm-C型複數濾波器（10)的Q路輸出 信號Qout，對該Q路輸出信號Qout進行低通濾波後得到兩路相同的低頻信號，分別輸出給 反相器（207)和第四跨導放大器單元（206)，反相器（207)對接收的低頻信號進行取反後輸 出給第三跨導放大器單元（205)，第三跨導放大器單元（205)對接收的信號進行放大後輸 出第一 Q路放大信號，第四跨導放大器單元（206)對接收的信號進行放大後輸出第二Q路 放大信號； 第一 I路放大信號和第一 Q路放大信號疊加後反饋到Gm-C型複數濾波器（10) I路輸 入單元的輸出端11，第二I路放大信號和第二Q路放大信號疊加後反饋到Gm-C型複數濾波 器（10) Q路輸入單元的輸出端Q1。
2. 根據權利要求書1所述的一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，其特 徵在於：所述I路積分器單元（201)和Q路積分器單元（202)的直流增益均為1。
3. 根據權利要求書2所述的一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，其 特徵在於：所述I路積分器單元（201)和Q路積分器單元（202)的截止頻率相同，均為f， Gm-C型複數濾波器（10)的低頻處抑制的轉折點Fs由I路積分器單元（201)或Q路積分器 單元（202)的截止頻率決定，即Fs = f。
4. 根據權利要求書1所述的一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，其特 徵在於：所述第一跨導放大器單元（203)與第四跨導放大器單元（206)的跨導值相同，第二 跨導放大器單元（204)與第三跨導放大器單元（205)的跨導值相同。
5. 根據權利要求書1所述的一種應用於Gm-C型複數濾波器的直流失調消除電路，其特 徵在於：所述第一跨導放大器單元（203)、第二跨導放大器單元（204)、第三跨導放大器單 元（205)和第四跨導放大器單元（206)均由基本的跨導放大器組合而成。
【文檔編號】H03H17/02GK104410386SQ201410710502
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】趙元富, 段衝, 侯訓平, 李衛民, 文武, 畢波, 榮欣, 劉璐, 李永峰, 張娜娜, 張佃偉, 魏慧婷, 焦洋, 韓放 申請人:北京時代民芯科技有限公司, 北京微電子技術研究所