高階模擬n通道頻率可調有源帶通濾波器的製造方法
2023-06-21 22:12:26
高階模擬n通道頻率可調有源帶通濾波器的製造方法
【專利摘要】本發明公開一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，包括有源帶通濾波器本體。所述有源帶通濾波器本體由M個N通道濾波組、2(M-1)個迴轉器和1個時鐘發生器構成。將兩路單端有源濾波器組成一個完整的差分雙端N通道有源帶通濾波器，消除了偶數次諧波；迴轉器由基於反相器的跨導運算放大器構成，能有效增加濾波器的增益；時鐘發生器用來給N通道有源濾波器提供周期性的取樣脈衝序列，使得濾波器的中心頻率僅由時鐘頻率決定；通過對本發明的6階8通道有源帶通濾波器進行仿真，仿真結果顯示其可變範圍為0.2G至2.0G，可見其具有寬可調的中心頻率，此外還具有穩定性好和靈敏度低的特點，在通信系統領域中有著廣泛的應用。
【專利說明】高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種模擬濾波器，具體涉及一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾 波器。
【背景技術】
[0002] 在無線通信系統中，無線接收機中應用到的帶通濾波器需有好的選擇性，寬的動 態範圍和自由可調的中心頻率。目前，常用N通道濾波單元來構建高Q值的帶通濾波器，通 過適當的選擇電路中的中心頻率，通道數等參數就可使Q值高達1〇4的數量級。N通道濾波 單元可實現梳式濾波，容易得到很好的窄帶濾波特性，且N通道濾波單元中的容性基帶阻 抗能夠模擬RLC網絡，其中心頻率可通過改變時鐘發生器所產生的取樣脈衝序列頻率來調 節。由於取樣的重複性及積分器的抑噪作用，因而使得N通道濾波單元的信噪比較傳統濾 波器而言得到了很大的改善，並具有穩定性好和靈敏度低的優點。
[0003] 然而，傳統的帶通濾波器屬於無源帶通濾波器，其內部的傳統N通道濾波單元是 由N個通道及取樣脈衝產生電路構成，且每個通道都有相同的傳輸函數H(j?)。傳統的無 源RC構成H(j?)應用於N通道濾波單元時，雖可得到一個很窄的帶寬，但是卻會佔用很大 的晶片面積和具有較小的動態範圍。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是傳統N通道濾波單元在構成N通道帶通濾波器所存 在的動態範圍小和體積大的不足，提供一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器。
[0005] 為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：
[0006] 一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，包括有源帶通濾波器本體。所述 有源帶通濾波器本體由M個N通道濾波組、2 (M-1)個迴轉器和1個時鐘發生器構成，其中 N為大於等於2的正偶數，M為大於等於3的奇數。時鐘發生器包括N個D觸發器。每個D 觸發器的時鐘端高電平和低電平分別與外部時鐘的高電平和低電平相連。前一個D觸發器 的Q端與後一個D觸發器的D端相連，第一個D觸發器的D端與最後一個D觸發器的Q端 相連。每個D觸發器的S端輸出一個取樣脈衝序列。N通道濾波組包括N條開關支路和f 個電容。每條開關支路由2個串聯的開關構成。每個電容的兩端分別跨接在2條開關支路 上，且電容的兩端接在2個開關相連的公共端上，即2條開關支路與1個電容形成H形電路 結構，H形電路結構的數目與電容的數目相同。每個H形電路結構中處於左上位置處的開 關和處於右下位置處的開關同時與一個D觸發器的S端相連即接同一個取樣脈衝序列，每 個H形電路結構中處於左下位置處的開關和處於右上位置處的開關同時與另一個D觸發器 的S端相連即接另一個相同的取樣脈衝序列。每兩個N通道濾波組是通過2個迴轉器相連 的，前一個N通道濾波組的兩端與2個迴轉器的輸入端相連，後一個N通道濾波組的兩端與 2個迴轉器的輸出端相連。第一個N通道濾波組與2個迴轉器輸入端相連的埠構成有源 帶通濾波器本體的輸入端正極和負極，最後一個N通道濾波組與最後2個迴轉器輸出端相 連的埠構成有源帶通濾波器本體的輸出端正極和負極。
[0007] 上述方案中，每個N通道濾波組與時鐘發生器相連時，其第i個H形電路結構中處 於左上位置處的開關與第i個D觸發器的S端相連，第i個H形電路結構中處於右上位置 處的開關與第f個D觸發器的S端相連，其中/ =U,…。
[0008] 上述方案中，開關為金屬氧化物半導體電晶體。
[0009] 上述方案中，迴轉器為基於反相器的跨導放大器。
[0010] 上述方案中，有源帶通濾波器本體的輸入端正極和負極之間的相位差為180°。
[0011] 上述方案中，所述N的取值範圍介於2?16之間，所述M的取值範圍介於3?9 之間。
[0012] 與現有技術相比，本發明將兩路單端有源濾波器組成一個完整的差分雙端N通道 有源帶通濾波器，消除了偶數次諧波；迴轉器由基於反相器的跨導運算放大器構成，能有效 增加濾波器的增益；時鐘發生器用來給N通道有源濾波器提供周期性的取樣脈衝序列，使 得濾波器的中心頻率僅由時鐘頻率決定；通過對本發明的6階8通道有源帶通濾波器進行 仿真，仿真結果顯示其可變範圍為〇. 2G至2. 0G，可見其具有寬可調的中心頻率，此外還具 有穩定性好和靈敏度低的特點，在通信系統領域中有著廣泛的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器的N通道濾波組和迴轉器的 電路原理圖。
[0014] 圖2為一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器的時鐘發生器的電路原理 圖。
[0015] 圖3為圖1中一個迴轉器的電路原理圖。
[0016] 圖4為圖2中一個D觸發器的電路原理圖。
[0017] 圖5為一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器（6階8通道）的頻率特性 曲線。
【具體實施方式】
[0018] 本發明所設計的一種高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，如圖1所示，包括 有源帶通濾波器本體。所述有源帶通濾波器本體由M個N通道濾波組、2 (M-1)個迴轉器和 1個時鐘發生器構成，其中N為大於等於2的正偶數，M為大於等於3的奇數。在本發明優 選實施例中，有源帶通濾波器本體是由3個N通道濾波組、4個迴轉器和1個時鐘發生器構 成6階8通道有源帶通濾波器。
[0019] 時鐘發生器如圖2所示，包括N個D觸發器。每個D觸發器的時鐘端高電平和低 電平分別與外部時鐘的高電平和低電平相連。前一個D觸發器的Q端與後一個D觸發器的 D端相連，第一個D觸發器的D端與最後一個D觸發器的Q端相連。每個D觸發器的S端輸 出一個取樣脈衝序列。每個D觸發器的結構如圖4所示，每個D觸發器都是由兩個CMOS反 相器和兩個CMOS傳輸門構成。外部時鐘CLK控制CMOS傳輸門的導通和關閉。
[0020] 迴轉器用一個基於反相器，沒有內部節點，且具有很好線性度的跨導運算放大器 構成。其中跨導運算放大器由一個N型金屬氧化物半導體電晶體和一個P型金屬氧化物半 導體電晶體組成，參見圖3。在本發明優選實施例中，所有2(M_1)個迴轉器的結構均完全 相同。而為了獲得所要求的濾波器增益，跨導運算放大器的跨導可根據要求而改變，同一個 N通道濾波組上接的2個迴轉器即跨導運算放大器的跨導相同（即gml和gml'的跨導相同， &和的跨導相同）；而不同N通道濾波組上接的迴轉器即跨導運算放大器的跨導可以 相同（gml和gm2的跨導相同），也可以不同（gml和gm2的跨導不相同）。在本發明優選實施 例中，兩個跨導運算放大器即gml和g"/的跨導為60ms，gm2和gm2'的跨導為24ms。
[0021] N通道濾波組包括N條開關支路和if個電容。每條開關支路由2個串聯的開關構 成。在本發明優選實施例中，每個開關都是用N型金屬氧化物半導體電晶體（NM0S)實現， 寬長比達到800以上比例的NM0S管可獲得低於10Q的開關導通電阻。每個電容的兩端分 別跨接在2條開關支路上，且電容的兩端接在2個開關相連的公共端上，即2條開關支路與 1個電容形成H形電路結構，H形電路結構的數目與電容的數目相同。
[0022] 每個H形電路結構中處於左上位置處的開關和處於右下位置處的開關同時與一 個D觸發器的S端相連即接同一個取樣脈衝序列，每個H形電路結構中處於左下位置處的 開關和處於右上位置處的開關同時與另一個D觸發器的S端相連即接另一個相同的取樣脈 衝序列。具體地，每個N通道濾波組與時鐘發生器相連時，其第i個H形電路結構中處於左 上位置處的開關與第i個D觸發器的S端相連，第i個H形電路結構中處於右上位置處的 開關與第/ + #個D觸發器的S端相連，其中/ = 。
[0023] 每兩個N通道濾波組是通過2個迴轉器相連的，前一個N通道濾波組的兩端與2 個迴轉器的輸入端相連，後一個N通道濾波組的兩端與2個迴轉器的輸出端相連。第一個 N通道濾波組與2個迴轉器輸入端相連的埠構成有源帶通濾波器本體的輸入端正極和負 極，最後一個N通道濾波組與最後2個迴轉器輸出端相連的埠構成有源帶通濾波器本體 的輸出端正極和負極。
[0024] 下面以3個8通道濾波組、1個時鐘發生器和4個迴轉器所構成的6階8通道有源 帶通濾波器為例，對本發明的性能進行進一步詳細說明：
[0025] 實施例的6階8通道有源帶通濾波器，如圖1所示，輸入信號通過8通道開關電容 網絡的作用之後，所述帶通濾波器的輸出呈現出高Q帶通，穩定性好，靈敏度低等特性，改 變時鐘發生器取樣脈衝序列的頻率，可以調節所述有源濾波器的中心頻率。
[0026] 利用周期性信號的重複性，在每個周期內將N個開關電容網絡依次對輸入信號進 行取樣積分，所述N通道濾波器組的輸出電壓傳輸函數為
【權利要求】
1. 高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，包括有源帶通濾波器本體，其特徵在於： 所述有源帶通濾波器本體由M個N通道濾波組、2 (M-1)個迴轉器和1個時鐘發生器構成，其 中N為大於等於2的正偶數，M為大於等於3的奇數； 時鐘發生器包括N個D觸發器；每個D觸發器的時鐘端高電平和低電平分別與外部時 鐘的高電平和低電平相連；前一個D觸發器的Q端與後一個D觸發器的D端相連，第一個D 觸發器的D端與最後一個D觸發器的Q端相連；每個D觸發器的S端輸出一個取樣脈衝序 列； N通道濾波組包括N條開關支路和-個電容；每條開關支路由2個串聯的開關構成；每
個電容的兩端分別跨接在2條開關支路上，且電容的兩端接在2個開關相連的公共端上，即 2條開關支路與1個電容形成H形電路結構，H形電路結構的數目與電容的數目相同；每個 H形電路結構中處於左上位置處的開關和處於右下位置處的開關同時與一個D觸發器的S 端相連，每個H形電路結構中處於左下位置處的開關和處於右上位置處的開關同時與另一 個D觸發器的S端相連； 每兩個N通道濾波組是通過2個迴轉器相連的，前一個N通道濾波組的兩端與2個回 轉器的輸入端相連，後一個N通道濾波組的兩端與2個迴轉器的輸出端相連；第一個N通道 濾波組與2個迴轉器輸入端相連的埠構成有源帶通濾波器本體的輸入端正極和負極，最 後一個N通道濾波組與最後2個迴轉器輸出端相連的埠構成有源帶通濾波器本體的輸出 端正極和負極。
2. 根據權利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，其特徵在於：每 個N通道濾波組與時鐘發生器相連時，其第i個H形電路結構中處於左上位置處的開關與 第i個D觸發器的S端相連，第i個H形電路結構中處於右上位置處的開關與第
個D 觸發器的S端相連，其中
3.根據權利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，其特徵在於：開 關為金屬氧化物半導體電晶體。
4.根據權利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，其特徵在於：回 轉器為基於反相器的跨導放大器。
5.根據權利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，其特徵在於：有 源帶通濾波器本體的輸入端正極和負極之間的相位差為180°。
6. 根據權利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調有源帶通濾波器，其特徵在於：所 述N的取值範圍介於2?16之間，所述M的取值範圍介於3?9之間。
【文檔編號】H03H11/04GK104410383SQ201410795472
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月18日 優先權日:2014年12月18日
【發明者】何小蓮 申請人:廣西師範大學