專(zhuān)利名稱(chēng)：具有自動(dòng)調(diào)諧功能的復(fù)數(shù)濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于接收器，具體為低中頻接收器。
背景技術(shù)：
接收器廣泛用于射頻信號(hào)傳輸中。在無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域，接收器常用于接收射頻信號(hào)。接收器將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需的中頻信號(hào)并傳輸?shù)叫枰褂弥蓄l信號(hào)的地方。接收器在電信中廣為使用，如用于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。
通常在設(shè)計(jì)接收器(例如寬帶接收器)時(shí)使其可以處理具有大范圍輸入載波頻率的輸入信號(hào)。例如，電視接收器可處理的電視輸入信號(hào)，其載波頻率的范圍為55MHz到880MHz。在信號(hào)處理或者傳輸?shù)倪^(guò)程中，可能產(chǎn)生噪音和/或其它不受歡迎的信號(hào)并影響中頻信號(hào)。
因此，接收器中必須使用濾波器。嵌入接收器中的濾波器可過(guò)濾掉噪音或其它不受歡迎的信號(hào)。通常還需要一個(gè)調(diào)諧電路用于將濾波器調(diào)至所需的頻率。為了不干擾濾波器的工作，調(diào)諧電路需要在調(diào)諧完成之后關(guān)閉。濾波器的配置可根據(jù)不同的工作條件而變化。有源容阻(RC)復(fù)數(shù)濾波器是一種常用的濾波器配置。
級(jí)聯(lián)極(cascade-pole)方法是一種常用的合成有源容阻復(fù)數(shù)濾波器的方法。然而，級(jí)聯(lián)極方法的缺點(diǎn)在于對(duì)于一些電路參數(shù)例如電阻值和電容值敏感。此缺點(diǎn)將極大地影響接收器的性能。為了克服此缺點(diǎn)，我們使用跳蛙式低通原型網(wǎng)絡(luò)來(lái)合成濾波器，因其對(duì)于元件差異不甚敏感。
因此，需要有一種設(shè)備和方法能夠提供具有自動(dòng)調(diào)諧功能的復(fù)數(shù)濾波器，該濾波器嵌入在精度高、動(dòng)態(tài)范圍大、配置簡(jiǎn)單和功耗低的接收器中，同時(shí)不增加接收器的復(fù)雜性。本發(fā)明的主旨即在于提供這種設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為一種具有自動(dòng)調(diào)諧功能的用于過(guò)濾復(fù)信號(hào)的復(fù)數(shù)濾波器。復(fù)信號(hào)由虛部和實(shí)部構(gòu)成。復(fù)數(shù)濾波器由一個(gè)第一低通濾波器、一個(gè)第二低通濾波器、多個(gè)電阻、一個(gè)集成器、一個(gè)比較器和一個(gè)數(shù)字單元構(gòu)成。第一低通濾波器接收復(fù)信號(hào)的虛部并生成復(fù)數(shù)濾波器的一個(gè)輸出信號(hào)。第二低通濾波器接收復(fù)信號(hào)的實(shí)部。多個(gè)電阻連接在第一低通濾波器和第二低通濾波器之間。集成器接收一個(gè)第一參考電壓并生成一個(gè)輸出信號(hào)。比較器將集成器的輸出信號(hào)與第二參考電壓相比較并根據(jù)比較的結(jié)果生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)。數(shù)字單元接收到上述數(shù)字信號(hào)并生成一個(gè)第一控制信號(hào)、一個(gè)第二控制信號(hào)、一個(gè)第三控制信號(hào)和一個(gè)第四控制信號(hào)。第四控制信號(hào)傳輸給第一和第二低通濾波器。
本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種用于復(fù)數(shù)濾波器的調(diào)諧系統(tǒng)。該調(diào)諧系統(tǒng)由一個(gè)調(diào)諧電路、一個(gè)晶體管和一個(gè)最終鎖存器(flnal latch)構(gòu)成。調(diào)諧電路生成一個(gè)鎖閉信號(hào)。該調(diào)諧電路由一個(gè)集成器、一個(gè)比較器和一個(gè)數(shù)字單元構(gòu)成。集成器接收一個(gè)第一參考電壓并生成一個(gè)輸出信號(hào)。比較器將來(lái)自集成器的輸出信號(hào)與第二參考電壓相比較并生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)。數(shù)字單元接收到該數(shù)字信號(hào)并生成一個(gè)第一控制信號(hào)、一個(gè)第二控制信號(hào)、一個(gè)第三控制信號(hào)和一個(gè)第四控制信號(hào)。第四控制信號(hào)用于將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至預(yù)設(shè)的頻率。晶體管接收鎖閉信號(hào)。晶體管由該鎖閉信號(hào)控制。在調(diào)諧模式下，最終鎖存器接收到鎖閉信號(hào)并將第四控制信號(hào)傳輸給復(fù)數(shù)濾波器；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的時(shí)間后，最終鎖存器關(guān)閉調(diào)諧電路。
本發(fā)明的另一實(shí)施例為一種用于處理射頻信號(hào)的接收器。該接收器包括一個(gè)帶通濾波器、一個(gè)低噪音放大器(LNA)、兩個(gè)射頻-中頻混頻器，一個(gè)復(fù)數(shù)濾波器、一個(gè)具有自動(dòng)增益控制(AGC)回路的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個(gè)數(shù)字單元。帶通濾波器過(guò)濾射頻信號(hào)。LNA將過(guò)濾后的信號(hào)放大。兩個(gè)射頻一中頻混頻器接收放大后的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。中頻信號(hào)為復(fù)信號(hào)，由虛部和實(shí)部構(gòu)成。復(fù)數(shù)濾波器接收到中頻信號(hào)并生成一個(gè)模擬信號(hào)。該復(fù)數(shù)濾波器為帶通濾波器。VGA將該模擬信號(hào)放大。ADC將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以用于進(jìn)一步的處理。數(shù)字單元處理來(lái)自ADC的數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)傳輸給外部組件。
本發(fā)明的另一實(shí)施例為一種復(fù)數(shù)濾波器自動(dòng)調(diào)諧的方法。該方法之步驟包括生成一個(gè)充電電流，通過(guò)給一個(gè)電容組充電和放電生成一個(gè)電壓信號(hào)，將電壓信號(hào)與一個(gè)參考電壓相比較，根據(jù)比較結(jié)果生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)，根據(jù)該數(shù)字信號(hào)由數(shù)字單元生成一個(gè)充電控制信號(hào)、一個(gè)放電控制信號(hào)、一個(gè)第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和一個(gè)第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，根據(jù)數(shù)字單元生成的第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至預(yù)先設(shè)定的頻率。


結(jié)合相應(yīng)的附圖，下文對(duì)典型實(shí)施例的描述將使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。
圖1為復(fù)數(shù)濾波器及其低通原型的頻率轉(zhuǎn)換特性示意圖；圖2為使用本發(fā)明的一個(gè)典型復(fù)數(shù)濾波器的塊圖；圖3為圖2的復(fù)數(shù)濾波器中使用本發(fā)明的一個(gè)典型調(diào)諧電路；圖4為圖3中調(diào)諧電路的一個(gè)典型數(shù)字單元的塊圖；圖5為存在于圖2的復(fù)數(shù)濾波器和圖3的調(diào)諧電路中的一個(gè)典型電容組的示意圖；圖6為圖2中復(fù)數(shù)濾波器使用的另一典型調(diào)諧設(shè)備的簡(jiǎn)化塊圖；圖7為圖3中調(diào)諧電路使用的4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的波形；圖8為電容組的調(diào)諧代碼簡(jiǎn)化圖；圖9為使用本發(fā)明的典型接收器的塊圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種使用跳蛙式低通原型直接合成的復(fù)數(shù)濾波器。使用跳蛙式低通原型直接合成復(fù)數(shù)濾波器使得復(fù)數(shù)濾波器對(duì)于元件參數(shù)的容差不甚敏感。圖1為復(fù)數(shù)濾波器及其低通原型轉(zhuǎn)換頻率的特性示意圖100。曲線(xiàn)110為低通原型的傳輸函數(shù)，其帶寬為ωB。低通原型的截止頻率分別為-ωB/2和ωB/2。曲線(xiàn)120為復(fù)數(shù)濾波器的傳輸函數(shù)。較之低通原型，復(fù)數(shù)濾波器的傳輸函數(shù)可以移至所需中心頻率(centerfrequency)。復(fù)數(shù)濾波器的傳輸函數(shù)轉(zhuǎn)移可以用以下等式(1)表示HC(ω)＝HL(ω-ωC)(1)其中HC(ω)為復(fù)數(shù)濾波器的傳輸函數(shù)，HL(ω)為低通原型的傳輸函數(shù)，ωC為復(fù)數(shù)濾波器的中心頻率。
圖2為典型復(fù)數(shù)濾波器200的示意圖。復(fù)數(shù)濾波器200可根據(jù)不同的應(yīng)用要求處理接收到的中頻信號(hào)。復(fù)數(shù)濾波器200包括一個(gè)第一跳蛙式低通濾波器210，多個(gè)電阻220、230和240，以及一個(gè)第二跳蛙式低通濾波器250。在此實(shí)施例中，復(fù)數(shù)濾波器200為一個(gè)三階跳蛙式有源RC復(fù)數(shù)濾波器。跳蛙式低通濾波器210和250可以為三階跳蛙式低通濾波器。另外，第一個(gè)三階跳耦低通濾波器210具有和第二個(gè)三階跳耦低通濾波器250相同的架構(gòu)。多個(gè)電阻連接于跳耦低通濾波器210和250之間用于頻率轉(zhuǎn)換，其特性圖1已作描述。這樣，跳耦低通濾波器210、250和電阻220、230和240合成到復(fù)數(shù)濾波器200中。復(fù)數(shù)濾波器200的帶寬和中心頻率可分別等于ωB和ωC。
在復(fù)數(shù)濾波器200中，三階跳耦低通濾波器210和250都由3個(gè)集成器構(gòu)成。另外，需要3組頻率轉(zhuǎn)換電阻來(lái)連接第一個(gè)三階跳耦低通濾波器210和第二個(gè)三階跳耦低通濾波器250。
復(fù)數(shù)濾波器200可在其輸入端接收2組輸入信號(hào)。2組輸入信號(hào)包括一個(gè)實(shí)部(“I”部)和一個(gè)虛部(“Q”部)。換言之，“I”部和“Q”部可各自分開(kāi)輸入給復(fù)數(shù)濾波器200。另外，中頻信號(hào)中通常包括一個(gè)鏡像(image)。該鏡像可能干擾中頻信號(hào)的處理和傳輸，故必須濾除。
第一個(gè)三階跳耦低通濾波器210由3個(gè)集成器212、214和216構(gòu)成。在此實(shí)施例中，集成器212的輸出作為集成器214的輸入，而集成器214的輸出作為集成器216的輸入。每個(gè)集成器都由一個(gè)運(yùn)算放大器(operational amplifier)和若干電阻和電容元件構(gòu)成，電阻和電容元件通常圍繞在運(yùn)算放大器周?chē)Ｅc之類(lèi)似，第二個(gè)三階跳耦低通濾波器250由集成器252、254和256構(gòu)成。每個(gè)集成器都由一個(gè)運(yùn)算放大器和若干容阻件構(gòu)成。
為進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，需要3組電阻220、230和240連接于跳耦低通濾波器210和250之間。例如，第一組電阻220連接于集成器212和252之間。第一組電阻220包括4個(gè)電阻221、223、225和227。電阻221連接于集成器212中的運(yùn)算放大器的反相輸入端和集成器252中的運(yùn)算放大器的第二輸出端之間。電阻223連接在集成器212中的運(yùn)算放大器的非反相輸入端和集成器252中的運(yùn)算放大器的第一輸出端之間。電阻225連接于集成器212中的運(yùn)算放大器的第一輸出端和集成器252中運(yùn)算放大器的反相輸入端之間。電阻227連接于集成器212中的運(yùn)算放大器的第二輸出端和集成器252中的運(yùn)算放大器的非反相輸入端。
由于第二組電阻230和第三組電阻240與第一組電阻220配置類(lèi)似，因此其標(biāo)號(hào)也與第一組電阻220類(lèi)似。簡(jiǎn)便起見(jiàn)，不再描述類(lèi)似的功能和連接。
圖2中的每個(gè)電容元件都可為一個(gè)由多個(gè)電容并聯(lián)構(gòu)成的電容組。電容組的電容值可變。電容組的配置后文將詳細(xì)說(shuō)明。為了良好匹配和準(zhǔn)確調(diào)諧，圖2中所有的電容元件都為同一類(lèi)型。另外，為了使得復(fù)數(shù)濾波器200匹配良好和調(diào)諧準(zhǔn)確，所有的電阻也可從同一類(lèi)型中選取。
RT=1ωCCINT---(2)]]>其中RT為多個(gè)頻率轉(zhuǎn)換電阻的阻值，CINT為多個(gè)集成器中的電容的容值，ωC為復(fù)數(shù)濾波器200的中心頻率。
圖2所示的三階(第三階)跳耦有源RC復(fù)數(shù)濾波器200僅用于說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，復(fù)數(shù)濾波器200可以修改并使用更高階的跳耦濾波器，例如，第四階、第五階或第N階跳耦濾波器。當(dāng)使用N階跳耦濾波器時(shí)，需要N組電阻用于頻率轉(zhuǎn)換。
圖3為圖2中復(fù)數(shù)濾波器200的調(diào)諧電路300的示意圖。調(diào)諧電路300可將復(fù)數(shù)濾波器200調(diào)至所需的頻率。調(diào)諧電路300可包括一個(gè)集成器310、一個(gè)比較器330和一個(gè)數(shù)字單元350。集成器310由電流源320、電流鏡340和電容組360構(gòu)成。集成器310作為參考濾波器，復(fù)數(shù)濾波器200作為主濾波器。
電流源320可包括一個(gè)運(yùn)算放大器322、一個(gè)NMOS晶體管324和一個(gè)參考電阻326。運(yùn)算放大器322、NMOS晶體管324和參考電阻326構(gòu)成一個(gè)“恒定一GM”結(jié)構(gòu)。參考電阻326的類(lèi)型可與圖2復(fù)數(shù)濾波器200中的電阻類(lèi)型相同。放大器322接收一個(gè)由調(diào)諧電路300內(nèi)部生成的參考電壓VREF。當(dāng)NMOS晶體管324打開(kāi)時(shí)，參考電壓可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)流經(jīng)NMOS晶體管324和參考電阻326的參考電流。參考電流大小由等式(3)得出。
IREF=VREFGM=VREF1RREF---(3)]]>其中IREF為流經(jīng)參考電阻326的電流，VREF1為運(yùn)算放大器322的參考電壓，RREF為參考電阻326的阻值。
電流鏡340由一個(gè)第一PMOS晶體管342和一個(gè)第二PMOS晶體管344構(gòu)成。電流鏡可以給參考電流制造鏡像。故電流鏡340可輸出一個(gè)充電電流，在充電模式下用于給電容組360充電。
電容組360配備了一個(gè)充電開(kāi)關(guān)311和一個(gè)放電開(kāi)關(guān)313。電容組360由多個(gè)電容和開(kāi)關(guān)構(gòu)成，其連接方式以下將進(jìn)一步描述。電容組360有兩個(gè)端360A和360B。360B端接地。充電開(kāi)關(guān)311連接在PMOS晶體管344的漏端和電容組360的360A端之間。當(dāng)路徑351的一個(gè)控制信號(hào)控制充電開(kāi)關(guān)311打開(kāi)，電容組360將進(jìn)行充電，并在360A端生成一個(gè)較高輸出信號(hào)，見(jiàn)等式(4)。另外，電容組360中的電容可以由數(shù)字單元350生成的調(diào)諧碼(調(diào)諧序列)通過(guò)路徑355控制打開(kāi)或關(guān)閉。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)諧碼為5數(shù)位數(shù)字信號(hào)，用于控制電容組360中的所有電容。因此，當(dāng)路徑355上的調(diào)諧碼變化時(shí)，電容組的容值可以變化。
Vo=IREFtCBANK=VREF1RREFCBANKt---(4)]]>其中Vo為電容組360的輸出信號(hào)，IREF為電流鏡340提供的充電電流，CBANK為電容組360的容值，VREF1為放大器322的參考電壓，RREF為參考電阻326的阻值，t為電容組360的充電時(shí)間。
放電開(kāi)關(guān)連接在電容組360的360A端和360B端之間。當(dāng)電容組360工作于放電模式時(shí)，放電開(kāi)關(guān)313由來(lái)自路徑353的控制信號(hào)控制打開(kāi)，致使電容組360短路。電容組360在放電模式下完全放電。
如等式(4)所示，集成器310的輸出信號(hào)(也就是電容組360的輸出信號(hào))包括一個(gè)參考濾波器的RC時(shí)間常數(shù)。因此，集成器310的輸出信號(hào)可以看成是參考濾波器時(shí)間常數(shù)的一個(gè)函數(shù)，而參考濾波器可以通過(guò)改變電容組360的調(diào)諧碼進(jìn)行調(diào)諧。調(diào)諧電路300的調(diào)諧精度由電容組360的位數(shù)決定。如果位數(shù)為n，則調(diào)諧精度為 。在此實(shí)施例中，使用5位的系統(tǒng)作為示例。
集成器310的輸出信號(hào)(也就是電容組360的輸出信號(hào))Vo傳輸給比較器330的反相輸入端，并與參考電壓VREF2相比較。當(dāng)集成器310的輸出信號(hào)Vo小于參考電壓VREF2時(shí)，比較器330生成“1”。數(shù)字單元350從比較器330接收到“1”時(shí)，將提高5數(shù)位的調(diào)諧碼直至Vo不小于參考電壓VREF2。相反，如果集成器310的輸出信號(hào)Vo大于參考電壓VREF2，比較器將生成“0”。數(shù)字單元350將降低5數(shù)位的調(diào)諧碼直至Vo不大于參考電壓VREF2。以上過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，以保證Vo最終接近VREF2。在此調(diào)諧動(dòng)作中，精度由位數(shù)決定，在此實(shí)施例中為 數(shù)字單元350生成兩個(gè)控制信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)311和313。路徑351和353上的信號(hào)為時(shí)鐘信號(hào)。每次比較之后，路徑353上的控制信號(hào)將控制集成器310的輸出信號(hào)放電。隨后路徑351上的控制信號(hào)將開(kāi)始給電容組360充電。另外，數(shù)字單元350使用新的調(diào)諧碼來(lái)調(diào)整集成器310和復(fù)數(shù)濾波器200中的電容組的阻值。路徑355上的調(diào)諧碼也可用于控制復(fù)數(shù)濾波器200中的電容組。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，圖2所示的復(fù)數(shù)濾波器200中，構(gòu)成電容組360的電容為了良好匹配和準(zhǔn)確調(diào)諧可選用同一類(lèi)型的電容。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，調(diào)諧電路300可以并入復(fù)數(shù)濾波器200之中。換言之，調(diào)諧電路300和復(fù)數(shù)濾波器200可以嵌入一個(gè)集成電路(IC)中。
圖4為圖3中調(diào)諧電路300的一個(gè)典型數(shù)字單元400的塊圖。數(shù)字單元400包括一個(gè)時(shí)鐘生成器410、一個(gè)寄存器420、一個(gè)編碼器430、一個(gè)計(jì)數(shù)器440和一個(gè)鎖存器(latch)450。計(jì)數(shù)器440由一個(gè)加法器442和一個(gè)寄存器444構(gòu)成。
時(shí)鐘生成器440由主時(shí)鐘激活，可生成不同的時(shí)鐘信號(hào)用于控制圖3中集成器310的充電開(kāi)關(guān)311和放電開(kāi)關(guān)313。時(shí)鐘生成器410可生成一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Clk_p1用于控制寄存器420，可生成另一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Clk_p2用于控制寄存器444。
比較器330輸出的信號(hào)“1”或“0”可存儲(chǔ)在寄存器420中。在時(shí)鐘信號(hào)Clk_p1的控制下，寄存器420中存儲(chǔ)的信號(hào)可傳輸給編碼器430。編碼器430可將接收到的信號(hào)使用預(yù)設(shè)的算法進(jìn)行編碼，變成碼序列(code series)。編碼器430可將比較器330輸出的1位輸出信號(hào)變成5位碼。舉例來(lái)說(shuō)，比較器330生成“1”，則由編碼器430編碼后變成“00001”。如果比較器330生成“0”，則編碼后變成“11111”，亦即“-1”的互補(bǔ)碼(complementary word)。
根據(jù)比較器330的比較結(jié)果，計(jì)數(shù)器440計(jì)算調(diào)諧碼所需的增加量或減小量。實(shí)際操作中，編碼器430生成的5位編碼發(fā)送到加法器442。加法器442使用一個(gè)來(lái)自寄存器444的輸出編碼將該5位編碼相加，生成一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的編碼(更新碼)。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的編碼隨后存儲(chǔ)在寄存器444中。在時(shí)鐘信號(hào)Clk_p2的控制下，計(jì)數(shù)器440的輸出(亦即寄存器444的輸出碼)可提供給集成器310中的電容組360。計(jì)數(shù)器440的輸出作為一個(gè)控制編碼工作，可控制電容組360中的開(kāi)關(guān)打開(kāi)或關(guān)閉。隨后集成器310將生成一個(gè)新的輸出信號(hào)，用于和比較器330中的參考電壓比較。以上過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直至調(diào)諧結(jié)束。在時(shí)鐘信號(hào)Clk_p2的控制下，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的編碼也發(fā)送給鎖存器(latch)450。鎖存器450由調(diào)諧電路400內(nèi)部生成的鎖閉信號(hào)控制。當(dāng)調(diào)諧結(jié)束時(shí)，鎖存器450在鎖閉信號(hào)控制下將經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的編碼鎖存。換言之，在另一個(gè)重新校準(zhǔn)信號(hào)生成之前，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的編碼會(huì)一直存在于鎖存器450中。調(diào)諧碼(亦即經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的編碼)將傳輸給復(fù)數(shù)濾波器200中的電容組以確定電容組的電容值。
調(diào)諧過(guò)程可在一定的時(shí)間之后結(jié)束。如果調(diào)諧電路300中的電容組360的位數(shù)為N，則復(fù)數(shù)濾波器200的最長(zhǎng)調(diào)諧時(shí)間為2^N個(gè)周期。因此，調(diào)諧動(dòng)作可在2^N個(gè)周期之后自動(dòng)結(jié)束。
圖5為存在于圖2的復(fù)數(shù)濾波器200和圖3的調(diào)諧電路300中的典型電容組500的示意圖。如前已述，復(fù)數(shù)濾波器200和調(diào)諧系統(tǒng)300中的電容組必須為同一類(lèi)型，以便于良好匹配和準(zhǔn)確調(diào)諧。電容組500由一個(gè)固定電容520和開(kāi)關(guān)電容510、530、550、570和590構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電容510與開(kāi)關(guān)501串聯(lián)。與之類(lèi)似，開(kāi)關(guān)電容530、550、570和590分別與開(kāi)關(guān)503、505、507和509串聯(lián)。當(dāng)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，固定電容520與上述開(kāi)關(guān)電容510、530、550、570和590中的任意一個(gè)或者多個(gè)并聯(lián)。
由于各種原因，復(fù)數(shù)濾波器200的RC時(shí)間常數(shù)可能有誤差，例如±a％。可能的原因有信號(hào)處理、溫度或其它原因。在這種情況下，電容組500的容值可由等式(5)和等式(6)確定。
CFIX＝CN(1-a％) (5)CFIX+(C0+2C0+...+16C0)＝CN(1+a％)(6)其中CFIX為固定電容520的容值，a％為復(fù)數(shù)濾波器200的RC時(shí)間常數(shù)的誤差，CN為電容組的標(biāo)稱(chēng)值，即一般情況下合成計(jì)算所得的值。C0、2C0、4C0、8C0和16C0分別為開(kāi)關(guān)電容510、530、550、570和590的容值。
圖6為另一典型調(diào)諧設(shè)備600的簡(jiǎn)化塊圖。調(diào)諧設(shè)備600由PMOS晶體管620、最終鎖存器640和調(diào)諧電路660構(gòu)成。由于調(diào)諧電路660與調(diào)諧電路300類(lèi)似，簡(jiǎn)單起見(jiàn)，不再贅述類(lèi)似配置和功能。
圖6中，調(diào)諧電路660生成的鎖閉信號(hào)用于控制PMOS晶體管620和最終鎖存器640。PMOS晶體管620的源端可使用外部電源VDD1供電。PMOS晶體管620的漏端可向調(diào)諧電路660供電，電壓為VDD2。換言之，調(diào)諧電路660的工作電壓即為VDD2。因此，PMOS晶體管620即為開(kāi)關(guān)，由鎖閉信號(hào)控制。當(dāng)鎖閉信號(hào)為“0”時(shí)，PMOS晶體管620打開(kāi)，電源VDD1和VDD2短路。此時(shí)，調(diào)諧電路660正常工作。當(dāng)調(diào)諧完成、鎖閉信號(hào)變?yōu)椤?”時(shí)，PMOS晶體管620關(guān)閉。這樣，電源VDD1從電源VDD2斷開(kāi)。此時(shí)，最終鎖存器640可存儲(chǔ)最終調(diào)諧碼，供復(fù)數(shù)濾波器200中的電容組使用。
圖7為圖3中的調(diào)諧電路300和數(shù)字單元400的4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的波形圖。這4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)由圖4中的時(shí)鐘生成器410產(chǎn)生，用于調(diào)諧電路300的計(jì)時(shí)。曲線(xiàn)720和740所示的時(shí)鐘信號(hào)分別用于控制集成器310充電和放電。曲線(xiàn)760和780用于控制數(shù)字單元400中的寄存器420和444。
圖8為復(fù)數(shù)濾波器200和調(diào)諧電路300中的電容組使用的調(diào)諧碼(調(diào)諧序列)的簡(jiǎn)化圖800。如前已述，電容組使用5位調(diào)諧碼，如曲線(xiàn)810所示。調(diào)諧過(guò)程中，調(diào)諧碼可一直增加，直至調(diào)諧電路300達(dá)到所需的精度時(shí)調(diào)諧碼變成“上下上下”。一定時(shí)間(例如T)之后，調(diào)諧電路300將關(guān)閉，以存儲(chǔ)最終調(diào)諧碼。
圖9所示為接收器900，該接收器使用了前面提到的實(shí)施例中的方法和技術(shù)。接收器900包括一個(gè)帶通濾波器(BPF)910，一個(gè)低噪聲放大器(LNA)920，2個(gè)射頻-中頻(RF-IF)混頻器930和940，一個(gè)復(fù)數(shù)濾波器950，一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)960，一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)回路970，一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)980和一個(gè)數(shù)字電路990。簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖9僅給出此實(shí)施例中的必需組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，接收器900的配置還需要一些附加的和外圍的組件。
接收器900可通過(guò)外部天線(xiàn)接收一個(gè)射頻信號(hào)。接收到射頻信號(hào)以后，使用BPF 910對(duì)其進(jìn)行濾波，然后發(fā)送給LNA 920。經(jīng)過(guò)LNA 920放大以后，射頻信號(hào)發(fā)送給RF-IF混頻器930和940。RF-IF混頻器930和940可對(duì)放大后的射頻信號(hào)進(jìn)行下轉(zhuǎn)換，使其從較高的射頻變?yōu)橹蓄l。射頻信號(hào)和中頻信號(hào)的頻率范圍可根據(jù)用戶(hù)的需要而變化。RF-IF混頻器930和940可將中頻信號(hào)分成2個(gè)部分，即虛部和實(shí)部。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，RF-IF混頻器930和940可為正交混頻器。
復(fù)數(shù)濾波器950也是帶通濾波器，可使用上述方法和技術(shù)來(lái)濾除中頻信號(hào)中的鏡像。經(jīng)過(guò)復(fù)數(shù)濾波器950濾波以后，中頻信號(hào)發(fā)送給VGA960。在AGC回路970的控制下，VGA 960可提供合適的增益。經(jīng)過(guò)VGA960放大后，模擬信號(hào)的振幅得以?xún)?yōu)化，適于進(jìn)一步處理。此后模擬信號(hào)發(fā)送給ADC 980并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)可由數(shù)字電路990接收并進(jìn)行處理。經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)最后發(fā)送給外部組件作為源信號(hào)。
實(shí)際操作中，為了將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至所需的頻率，需要一個(gè)調(diào)諧電路。在啟動(dòng)程序中，復(fù)數(shù)濾波器200濾除中頻信號(hào)中的鏡像并由調(diào)諧電路300控制調(diào)至所需頻率。在調(diào)諧模式下，調(diào)諧電路300中的數(shù)字單元生成一個(gè)充電控制信號(hào)、一個(gè)放電控制信號(hào)和一個(gè)第一N位信號(hào)來(lái)控制集成器310中的電容組360。該數(shù)字單元還生成一個(gè)第二N位信號(hào)來(lái)控制復(fù)數(shù)濾波器200中的電容組。
在集成器310中，電流源320和電流鏡340生成一個(gè)充電電流。在充電控制信號(hào)的控制下，開(kāi)關(guān)311打開(kāi)，充電電流給電容組360充電。由于電容組中的開(kāi)關(guān)由N位信號(hào)控制打開(kāi)或關(guān)閉，電容組360的容值可變。另外，當(dāng)放電控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)313打開(kāi)時(shí)，電容組360將放電。
集成器310輸出信號(hào)的變化將使得不同的數(shù)字信號(hào)傳輸給數(shù)字單元400。數(shù)字單元400將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在寄存器420中。編碼器430根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)讀取該數(shù)字信號(hào)并將其編碼成為N位碼。加法器442可將計(jì)數(shù)器440的輸出和來(lái)自編碼器430的N位碼相加，從而計(jì)算N位碼的增加量或減小量。上述兩個(gè)編碼的和存儲(chǔ)在寄存器444中。在另一時(shí)鐘信號(hào)的控制下，該和被讀出并用于控制集成器310中的電容組360。在鎖存器450接收到一個(gè)鎖閉信號(hào)之后，該和還發(fā)送給復(fù)數(shù)濾波器200中的電容組。此時(shí)，復(fù)數(shù)濾波器200的調(diào)諧在經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間之后已經(jīng)結(jié)束。
本說(shuō)明書(shū)描述之實(shí)施例僅為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例之部分，用于例證而非限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然理解，在不背離所附權(quán)利要求書(shū)所界定的發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下，可以有許多其它的實(shí)施例。另外，在此描述和要求的組件可能為單數(shù)，在不明確說(shuō)明限于單數(shù)的情況下，其復(fù)數(shù)同樣視為本發(fā)明的主張。
權(quán)利要求
1.一種用于復(fù)信號(hào)濾波的具有自動(dòng)調(diào)諧功能的復(fù)數(shù)濾波器，復(fù)信號(hào)具有一個(gè)實(shí)部和一個(gè)虛部，該復(fù)數(shù)濾波器包括一個(gè)第一低通濾波器，可接收復(fù)信號(hào)的虛部并生成一個(gè)信號(hào)作為復(fù)數(shù)濾波器的一個(gè)輸出信號(hào)；一個(gè)第二低通濾波器，可接收復(fù)信號(hào)的實(shí)部；多個(gè)電阻，連接在第一和第二低通濾波器之間；一個(gè)集成器，可接收一個(gè)第一參考電壓并生成一個(gè)輸出信號(hào)；一個(gè)比較器，可將上述集成器生成的輸出信號(hào)與一個(gè)第二參考電壓相比并根據(jù)比較結(jié)果生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)；一個(gè)數(shù)字單元，可接收該數(shù)字信號(hào)并生成一個(gè)第一控制信號(hào)、一個(gè)第二控制信號(hào)、一個(gè)第三控制信號(hào)和一個(gè)第四控制信號(hào)，第四控制信號(hào)傳輸給第一和第二低通濾波器。
2.如權(quán)利要求1所述之復(fù)數(shù)濾波器，其特征在于，所述第一和第二低通濾波器各包括多個(gè)集成器，每個(gè)集成器都由一個(gè)運(yùn)算放大器和多個(gè)電容和電阻元件構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述之復(fù)數(shù)濾波器，其特征在于，所述集成器中的電容元件都是電容組，各個(gè)電容組的容值可由來(lái)自數(shù)字單元的第四控制信號(hào)控制進(jìn)行調(diào)整。
4.如權(quán)利要求1所述之復(fù)數(shù)濾波器，其特征在于，所述第一和第二低通濾波器都是N階跳蛙式低通濾波器，其中的電容有N組。
5.如權(quán)利要求1所述之復(fù)數(shù)濾波器，其特征在于，所述集成器還包括一個(gè)電流源，可接收第一參考電壓并將其轉(zhuǎn)換為電流；一個(gè)電流鏡，可接收該電流并生成一個(gè)鏡像電流，該鏡像電流為充電電流；一個(gè)電容組，該電容組包括一個(gè)固定電容和多個(gè)開(kāi)關(guān)電容，開(kāi)關(guān)電容由數(shù)字單元生成的第三控制信號(hào)控制；一個(gè)第一開(kāi)關(guān)，連接在電流鏡和電容組之間，第一開(kāi)關(guān)由數(shù)字單元生成的第一控制信號(hào)控制；一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，與電容組并聯(lián)，第二開(kāi)關(guān)由數(shù)字單元生成的第二控制信號(hào)控制。
6.如權(quán)利要求1所述之復(fù)數(shù)濾波器，其特征在于，所述數(shù)字單元還包括一個(gè)時(shí)鐘生成器，可生成一個(gè)第一時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)第二時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)寄存器，可存儲(chǔ)比較器生成的數(shù)字信號(hào)并在第一時(shí)鐘信號(hào)的控制下輸出該數(shù)字信號(hào)；一個(gè)編碼器，可將寄存器輸出的數(shù)字信號(hào)編碼并生成一個(gè)第一編碼；一個(gè)計(jì)數(shù)器，可更新編碼器輸出的第一編碼并生成一個(gè)第二編碼給集成器；一個(gè)鎖存器，可接收第二編碼并生成第四控制信號(hào)給復(fù)數(shù)濾波器。
7.如權(quán)利要求6所述之復(fù)數(shù)濾波器，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器還包括一個(gè)加法器，可將第一編碼和第二編碼相加并生成一個(gè)和；一個(gè)寄存器，可存儲(chǔ)加法器生成的和并在第二時(shí)鐘信號(hào)的控制下更新第二編碼。
8.一種用于復(fù)數(shù)濾波器的調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一個(gè)調(diào)諧電路，可生成鎖閉信號(hào)，該調(diào)諧電路包括一個(gè)集成器，可接收一個(gè)第一參考電壓并生成一個(gè)輸出信號(hào)；一個(gè)比較器，可將集成器生成的數(shù)字信號(hào)與一個(gè)第二參考電壓相比較并生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)；一個(gè)數(shù)字單元，可接收該數(shù)字信號(hào)并生成一個(gè)第一控制信號(hào)、一個(gè)第二控制信號(hào)、一個(gè)第三控制信號(hào)和一個(gè)第四控制信號(hào)，第四控制信號(hào)可將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至預(yù)設(shè)的頻率；一個(gè)晶體管，可接收鎖閉信號(hào)，該晶體管由鎖閉信號(hào)控制；一個(gè)最終鎖存器，可接收鎖閉信號(hào)并在調(diào)諧模式下將第四控制信號(hào)傳輸給復(fù)數(shù)濾波器并在預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的時(shí)間之后關(guān)閉調(diào)諧電路。
9.如權(quán)利要求8所述之調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述集成器還包括一個(gè)電流源，可接收第一參考電壓并將第一參考電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)電流；一個(gè)電流鏡，可接收該電流并生成一個(gè)鏡像電流，該鏡像電流為充電電流；一個(gè)電容組，該電容組包括一個(gè)固定電容和多個(gè)開(kāi)關(guān)電容，開(kāi)關(guān)電容由數(shù)字單元生成的第三控制信號(hào)控制；一個(gè)第一開(kāi)關(guān)，連接在電流鏡和電容組之間，第一開(kāi)關(guān)由數(shù)字單元生成的第一控制信號(hào)控制；一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，與電容組并聯(lián)，第二開(kāi)關(guān)由數(shù)字單元生成的第二控制信號(hào)控制。
10.如權(quán)利要求8所述之調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字單元還包括一個(gè)時(shí)鐘生成器，可生成一個(gè)第一時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)第二時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)寄存器，可存儲(chǔ)比較器生成的數(shù)字信號(hào)并在第一時(shí)鐘信號(hào)的控制下輸出該數(shù)字信號(hào)；一個(gè)編碼器，可將寄存器輸出的數(shù)字信號(hào)編碼并生成一個(gè)第一編碼；一個(gè)計(jì)數(shù)器，可更新編碼器輸出的第一編碼并生成一個(gè)第二編碼給集成器；一個(gè)鎖存器，可接收第二編碼并生成第四控制信號(hào)給最終鎖存器。
11.如權(quán)利要求10所述之調(diào)諧系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器還包括一個(gè)加法器，可將第一編碼和第二編碼相加并生成一個(gè)和；一個(gè)寄存器，可存儲(chǔ)加法器生成的和并在第二時(shí)鐘信號(hào)的控制下更新第二編碼。
12.一種用于處理射頻(RF)信號(hào)的接收器，其特征在于，包括一個(gè)帶通濾波器(BPF)，可對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行濾波；一個(gè)低噪聲放大器(LNA)，可放大經(jīng)過(guò)濾波的射頻信號(hào)；兩個(gè)射頻-中頻(RF-IF)混頻器，可接收經(jīng)過(guò)放大的射頻信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)中頻信號(hào)，該中頻信號(hào)為復(fù)信號(hào)，包括一個(gè)虛部和一個(gè)實(shí)部；一個(gè)復(fù)數(shù)濾波器，可接收該中頻信號(hào)并生成一個(gè)模擬信號(hào)，該復(fù)數(shù)濾波器為BPF；一個(gè)配備自動(dòng)增益控制(AGC)回路的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)，可放大模擬信號(hào)；一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，可將經(jīng)過(guò)放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用于進(jìn)一步的處理；一個(gè)數(shù)字電路，可處理ADC輸出的數(shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)傳輸給外部組件。
13.如權(quán)利要求12所述之接收器，其特征在于，所述復(fù)數(shù)濾波器還包括一個(gè)第一低通濾波器，可接收中頻信號(hào)的虛部并生成一個(gè)信號(hào)作為復(fù)數(shù)濾波器的一個(gè)輸出信號(hào)；一個(gè)第二低通濾波器，可接收中頻信號(hào)的實(shí)部；多個(gè)連接在第一低通濾波器和第二低通濾波器之間的電阻。
14.如權(quán)利要求13所述之接收器，其特征在于，所述第一低通濾波器和第二低通濾波器都含有多個(gè)集成器，每個(gè)集成器由一個(gè)運(yùn)算放大器和多個(gè)電阻和電容元件組成。
15.如權(quán)利要求14所述之接收器，其特征在于，所述集成器中的電容元件都是電容組，其電容值可調(diào)整。
16.如權(quán)利要求13所述之接收器，其特征在于，所述第一低通濾波器和第二低通濾波器都為N階跳蛙式低通濾波器，其中的電阻包括N組。
17.如權(quán)利要求12所述之接收器，其特征在于，所述數(shù)字單元還包括一個(gè)時(shí)鐘生成器，可生成一個(gè)第一時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)第二時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)寄存器，可存儲(chǔ)ADC生成的數(shù)字信號(hào)并在第一時(shí)鐘信號(hào)的控制下輸出該數(shù)字信號(hào)；一個(gè)編碼器，可將寄存器輸出的數(shù)字信號(hào)編碼并生成一個(gè)第一編碼；一個(gè)計(jì)數(shù)器，可更新編碼器輸出的第一編碼并生成一個(gè)第二編碼；一個(gè)鎖存器，可將第二編碼傳輸給外部元件。
18.如權(quán)利要求17所述之接收器，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器還包括一個(gè)加法器，可將第一編碼和第二編碼相加并生成一個(gè)和；一個(gè)寄存器，可存儲(chǔ)加法器生成的和并在第二時(shí)鐘信號(hào)的控制下更新第二編碼。
19.一種用于復(fù)數(shù)濾波器自動(dòng)調(diào)諧的方法，其特征在于，所述步驟包括(a)生成一個(gè)充電電流；(b)通過(guò)給一個(gè)電容組充電和放電生成一個(gè)電壓信號(hào)；(c)將該電壓信號(hào)與一個(gè)參考電壓相比較；(d)根據(jù)比較結(jié)果生成一個(gè)數(shù)字信號(hào)；(e)根據(jù)該數(shù)字信號(hào)，使用一個(gè)數(shù)字單元生成一個(gè)充電控制信號(hào)、一個(gè)放電控制信號(hào)、一個(gè)第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和一個(gè)第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；(f)使用數(shù)字單元生成的第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至預(yù)設(shè)頻率。
20.如權(quán)利要求19所述之方法，其特征在于，所述步驟(b)還包括在充電控制信號(hào)的控制下，使用充電電流給電容組充電；在放電控制信號(hào)的控制下給電容組放電。
21.如權(quán)利要求19所述之方法，其特征在于，所述步驟(e)還包括存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)；在第一時(shí)鐘信號(hào)的控制下讀取存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)；將讀取的數(shù)字信號(hào)編碼，生成一個(gè)編碼；更新該編碼；根據(jù)更新后的編碼生成第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21所述之方法，其特征在于，所述步驟(e)還包括在鎖閉信號(hào)控制下鎖存第一開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；生成第二開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
23.如權(quán)利要求19所述之方法，其特征在于，所述步驟(f)還包括在調(diào)諧模式下將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至預(yù)設(shè)頻率；在預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的時(shí)間之后關(guān)閉調(diào)諧模式。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于復(fù)信號(hào)濾波的具有自動(dòng)調(diào)諧功能的復(fù)數(shù)濾波器。該復(fù)數(shù)濾波器包括一個(gè)第一低通濾波器、一個(gè)第二低通濾波器、多個(gè)電阻、一個(gè)集成器、一個(gè)比較器和一個(gè)數(shù)字單元。復(fù)信號(hào)包括一個(gè)虛部和一個(gè)實(shí)部。集成器、比較器和數(shù)字單元構(gòu)成一個(gè)調(diào)諧電路。調(diào)諧電路可生成多個(gè)控制信號(hào)來(lái)將復(fù)數(shù)濾波器調(diào)至預(yù)設(shè)頻率。調(diào)諧電路可在預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的時(shí)間之后關(guān)閉。
文檔編號(hào)H03H17/02GK101090262SQ20071008033
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月2日
發(fā)明者杜定坤, 李永明, 陳思德 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司