專利名稱：連續(xù)時(shí)間濾波器和包括這種濾波器的系統(tǒng)的自校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)時(shí)間濾波器的校準(zhǔn)，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及連續(xù)時(shí)間Gm-C和RC-濾波器。
背景技術(shù)：
連續(xù)時(shí)間濾波器在遠(yuǎn)距離通信、視頻信號(hào)處理、盤驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了逐漸增多的商業(yè)應(yīng)用。連續(xù)時(shí)間濾波器最好由跨導(dǎo)器和電容器實(shí)施。這樣的濾波器稱之為Gm-C濾波器。如果使用無(wú)源的電阻器和電容器實(shí)現(xiàn)，則對(duì)應(yīng)的濾波器稱之為RC濾波器。
濾波器的頻率特性在RC濾波器中由電阻R和電容C的乘積確定。在Gm-C濾波器中，時(shí)間常數(shù)由C/Gm給出。
只有跨導(dǎo)Gm的校準(zhǔn)存在現(xiàn)有技術(shù)。這樣的校準(zhǔn)方案不可應(yīng)用到連續(xù)時(shí)間濾波器上，連續(xù)時(shí)間濾波器具有大量的使用跨導(dǎo)的電路。按照下面列出的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，校準(zhǔn)是通過(guò)將跨導(dǎo)(對(duì)其輸入端施加了一個(gè)DC信號(hào))的輸出電流與參考電流進(jìn)行匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，使用匹配誤差來(lái)調(diào)諧跨導(dǎo)US5621355US5650950US5912583US6140867US6172569EP561099所有這些現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)都使用相同的校準(zhǔn)原理，在這些文獻(xiàn)中存在的某些差別只在于產(chǎn)生參考電流的方式。在實(shí)施細(xì)節(jié)方面也有某些微小的差異。例如，US5621355要求精確的外部電阻器，而其它的文獻(xiàn)則要求精確的電流數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。按照US5621355，參考電流是通過(guò)施加一個(gè)準(zhǔn)確的直流電壓產(chǎn)生的，而在US5650950、US5912583、US6140867、US6172569中，通過(guò)加到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)將所期望的跨導(dǎo)Gm映射成參考電流。EP561099則建議使用極化電路來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。
對(duì)于這些現(xiàn)有技術(shù)方案，都存在一些應(yīng)用的限制。外部的精確的電阻器、精確的DAC、和精確的直流電壓的技術(shù)要求都將使這些方案很昂貴。另一個(gè)缺點(diǎn)是校準(zhǔn)是針對(duì)直流進(jìn)行的。
在US5621355中提出的方案實(shí)際上是對(duì)于在IEEE期刊“固體電路”(IEEE Journal of Solid-State Circuits)中由Laber和Gray提出的先前的出版物(第28卷，第4期，1993年4月)的一種改進(jìn)，這里只調(diào)諧Gm。這種改進(jìn)是通過(guò)用作電阻器的開關(guān)電容器來(lái)代替外部電阻器。如以上所述，所說(shuō)的校準(zhǔn)是通過(guò)迫使在電阻器上和在跨導(dǎo)Gm的輸入端上具有相同的電壓來(lái)匹配跨導(dǎo)Gm與精確的外部電阻器的值。
在US6304135中公開了另外的方法。按照US6304135，Gm是通過(guò)外部電阻器Rext確定的，C是通過(guò)用一個(gè)極其復(fù)雜的可變電流源補(bǔ)償一個(gè)芯片上校準(zhǔn)電容器以迭代方式進(jìn)行校準(zhǔn)的。需要一個(gè)特殊的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)迭代校準(zhǔn)。在US6304135中提出的可變電流源是復(fù)雜的。這種校準(zhǔn)方案只能利用在US6304135中描述的那種類型的跨導(dǎo)器工作，不適合于其它類型的跨導(dǎo)器。
在US6084465中提出的校準(zhǔn)方案按照不同的方式工作。在放電完成后，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)由主Gm對(duì)一個(gè)電容器充電，在這個(gè)時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)的電容器電壓與一個(gè)固定電壓進(jìn)行比較。然后，使用誤差信號(hào)來(lái)調(diào)諧Gm。為了在電容器放電的同時(shí)保存這個(gè)電壓，需要另一個(gè)帶有開關(guān)的電容器。這兩個(gè)電容器必須完美地匹配，在實(shí)踐中這是不可能的，因此要產(chǎn)生誤差。這個(gè)方案的另一個(gè)缺點(diǎn)是，需要一個(gè)極其復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)來(lái)控制各個(gè)開關(guān)。進(jìn)而，整個(gè)的校準(zhǔn)花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
在US6111467中描述的是在US6084465中提出的方案的一種變型。這個(gè)方案也是復(fù)雜的，并且需要許多開關(guān)和開關(guān)動(dòng)作。
在US6112125中描述了一種極其繁瑣復(fù)雜的方案。通過(guò)注入?yún)⒖夹盘?hào)并且監(jiān)視濾波器輸出的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。
Gm-C濾波器與RC濾波器相比的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是濾波器經(jīng)過(guò)跨由Gm獲得的調(diào)諧能力。然而，這兩種濾波器都遭遇過(guò)程的變化，因此限制了它們只能在非臨界的情況下應(yīng)用。
自校準(zhǔn)是解決這個(gè)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的連續(xù)時(shí)間濾波器的有效技術(shù)。幾乎所有的已知的校準(zhǔn)技術(shù)都是基于所謂的主-從原理。用于處理信號(hào)的從屬濾波器以及或者包括壓控振蕩器(VCO)或者包括壓控濾波器(VCF)的主控制模塊這兩者都是由電壓控制的相同的跨導(dǎo)器構(gòu)成的。在將置入鎖相回路(PLL)內(nèi)的主控制模塊校準(zhǔn)或調(diào)諧到鎖相回路的參考頻率以后，它的時(shí)間常數(shù)(τ)就調(diào)節(jié)到了正確的數(shù)值。如果在主和從屬單元這兩者中的跨導(dǎo)和電容器完美地匹配，則從屬濾波器也調(diào)諧到它的期望的特性。常規(guī)的校準(zhǔn)技術(shù)的缺點(diǎn)是，VCO或VCF要求至少兩個(gè)積分器，即，至少兩個(gè)跨導(dǎo)器和某些電容器。因?yàn)榇嬖趦?nèi)部失配，所以調(diào)諧的精度相對(duì)來(lái)說(shuō)較差。此外，功率消耗和所需要的面積相當(dāng)大。
在圖1中表示出一個(gè)基本無(wú)損耗Gm-C積分器10。Gm-C積分器10包括具有電壓輸入端12的跨導(dǎo)器13。另一個(gè)輸入端15連接到地。電容器C安排在跨導(dǎo)輸出端14和地之間。積分器的傳遞函數(shù)由下式給出V0Vin=1sτ---(1)]]>這里，τ是積分器10的時(shí)間常數(shù)，由電容器C和跨導(dǎo)器13的跨導(dǎo)Gm確定τ=CGm---(2)]]>在RC濾波器中，時(shí)間常數(shù)τ是R和C的乘積。在集成濾波器中，Gm和C都要受過(guò)程變化的影響，因此整個(gè)濾波器的特性也要經(jīng)受過(guò)程變化的影響。Gm-C濾波器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于Gm是可控的。通過(guò)改變加到跨導(dǎo)器13的輸入端11的電壓v(也稱之為控制信號(hào))可以控制Gm。通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)难b置，可以使Gm-C濾波器自校準(zhǔn)。
當(dāng)前，如果不采取特殊的措施，連續(xù)時(shí)間Gm-C濾波器或者RC濾波器由于過(guò)程變化的緣故，只限于非臨界的應(yīng)用。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供濾波器系統(tǒng)，它們能夠避免或減小已知的濾波器系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種方案，用于靈活地校準(zhǔn)連續(xù)時(shí)間Gm-C濾波器和RC濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)這些和其它的目的，本發(fā)明提供按照權(quán)利要求1所述的濾波器系統(tǒng)，本發(fā)明使用這樣的濾波器系統(tǒng)提供按照權(quán)利要求15所述的實(shí)施方案。
在從屬權(quán)利要求2-14中要求保護(hù)有益的實(shí)施方案。
這個(gè)建議的方案公開了一種技術(shù)，這種技術(shù)通過(guò)在主控制單元中只使用一個(gè)跨導(dǎo)器或電阻器以及一個(gè)電容器解決了以上所述的所有的問(wèn)題。從參照以下所述的實(shí)施例(一個(gè)或多個(gè))，本發(fā)明的其它方面將是顯而易見(jiàn)的。


為了更完整地描述本發(fā)明以及本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合附圖參照下面的描述，其中圖1是常規(guī)的無(wú)損耗Gm-C積分器的示意方塊圖；圖2A是按照本發(fā)明的主控模塊的示意方塊圖；圖2B是曲線圖，給出了ξ的定義；圖3是按照本發(fā)明的濾波器系統(tǒng)的示意方塊圖；圖4A是按照本發(fā)明的邏輯電路的示意方塊圖；圖4B是按照本發(fā)明的曲線圖，表示出各個(gè)信號(hào)；圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)相位頻率比較器(PFC)的示意方塊圖；圖6是按照本發(fā)明的曲線圖，表示的是其它的信號(hào)；圖7是按照本發(fā)明在RC濾波器中可以使用的VCC的示意方?jīng)Q圖。
具體實(shí)施例方式
圖2A表示所提出的自校準(zhǔn)方案的原理。這個(gè)方案基于主-從原理。但是，主單元不像現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)那樣，既不是VCO也不是VCF。它包括一個(gè)類似于圖1所示的積分器10的一個(gè)積分器20。按照本發(fā)明，將一個(gè)直流電壓VB加到跨導(dǎo)器23的輸入端22，跨導(dǎo)器23的后面是一個(gè)比較器25。電容器VC安排在跨導(dǎo)器輸出端24和地之間。在電容器C上的電壓VC可由下式表示VC=∫GmVBCdt=VBtτ---(3)]]>
現(xiàn)在參照附圖2B，如果在跨導(dǎo)器輸出端24上的電壓VC的初始值是0，則由下式給出電壓VC達(dá)到比較器25的閾值電平Vth所花費(fèi)的時(shí)間tξ＝τVth/VB(4)改寫上述的方程，產(chǎn)生感興趣的時(shí)間常數(shù)τ＝ξVB/Vth(5)因此，按照方程(2)定義的從屬濾波器的時(shí)間常數(shù)可以通過(guò)改變Vth、或VB、或ξ、或者這些參數(shù)的任意組合進(jìn)行校準(zhǔn)或調(diào)諧。在圖2B中確定的參數(shù)ξ是一個(gè)時(shí)間量，按照如下給出的方式可以使所說(shuō)的參數(shù)ξ極其準(zhǔn)確。
根據(jù)在圖2A、2B中所示的原理，在圖3中給出了所提出的自校準(zhǔn)的Gm-C濾波器的方案的方塊圖，這里未示出從屬濾波器27.1-27.5中的電容器。除了包括積分器30、電容器C、跨導(dǎo)器33、和比較器35以外，主控模塊還包括相位-頻率比較器(PFC)28和由信號(hào)VS控制的開關(guān)39。開關(guān)39安排成與電容器C并聯(lián)。在主控模塊36和從屬濾波器27.1-27.5中的跨導(dǎo)器33都由相位-頻率比較器28的控制信號(hào)υ控制。信號(hào)Vs和參考頻率fref都是從時(shí)鐘信號(hào)CK導(dǎo)出的，如圖3中示意地表示出的。使用邏輯電路40來(lái)提供信號(hào)VS和fref。在圖4A中給出典型邏輯電路40的細(xì)節(jié)。邏輯電路40接收時(shí)鐘信號(hào)CK作為輸入信號(hào)。這樣的時(shí)鐘信號(hào)通常是在芯片上得到的。
如圖4A所示的邏輯電路40的操作如以下所述。首先，輸入時(shí)鐘CK由兩個(gè)延遲元件51、42延遲，從而產(chǎn)生兩個(gè)延遲版本的時(shí)鐘信號(hào)CK，標(biāo)記為d11(反相的)和d12。輸入時(shí)鐘的頻率fCK由觸發(fā)器(FF1)43除2，觸發(fā)器假定是正向邊緣觸發(fā)的觸發(fā)器。這就是它的時(shí)鐘信號(hào)首先借助于反相器44反相的原因所在。信號(hào)d12作為時(shí)鐘信號(hào)加到第二預(yù)置的觸發(fā)器(FF2)45。一個(gè)置位信號(hào)(set)由CK、d11、d12的組合產(chǎn)生。在本例中，這個(gè)邏輯組合是由兩個(gè)門電路46、47實(shí)現(xiàn)的。一旦置位信號(hào)(set)為邏輯低，觸發(fā)器(FF2)45的Q輸出則變?yōu)檫壿嫺?。在邏輯電?0的輸出一側(cè)使用兩個(gè)門電路49、50是為了提供輸出信號(hào)Vs以控制開關(guān)39。在圖4B的曲線圖中說(shuō)明了信號(hào)的相互關(guān)聯(lián)性。
現(xiàn)在回到附圖3，當(dāng)輸出信號(hào)VS是邏輯高，開關(guān)39閉合，電容器C放電。在這個(gè)期間，參考頻率信號(hào)fref是邏輯低(見(jiàn)圖4B和6中的曲線)。只要fref切換到邏輯高，VS就返回到邏輯低。開關(guān)39再次開路，跨導(dǎo)器33開始對(duì)電容器C充電。只要Vc低于比較器35的閾值Vth(圖6)，則比較器35的輸出端29的輸出信號(hào)fcom就保持邏輯高。一旦Vc超過(guò)比較器35的閾值Vth，則輸出信號(hào)fcom就切換到邏輯低。PFC28(例如包含PFD和一個(gè)回路濾波器)產(chǎn)生控制信號(hào)υ，并且將其加到輸入端31，以使在fref和fcom之間的相位差變?yōu)?。換言之，PFC28比較輸入信號(hào)fref和fcom的相位和頻率。因此有ξ＝T(6)這里，T是輸入時(shí)鐘CK(參照?qǐng)D4B)的周期。在方程(5)中代入方程(6)，則有τ＝TVB/Vth(7)換句話說(shuō)，按照本發(fā)明，提供了具有自校準(zhǔn)裝置的濾波器系統(tǒng)，如圖3所示。這個(gè)系統(tǒng)包括一個(gè)主控制單元36和具有一個(gè)或多個(gè)從屬濾波器27.1-27.n的一個(gè)從屬單元。這樣的主控制單元36包括一個(gè)積分器30，積分器30的電路元件與確定從屬濾波器的時(shí)間常數(shù)τ的從屬濾波器27.1-27.n的那些電路元件匹配。按照本發(fā)明，如果主控制單元的Gm與從屬濾波器的Gm之比是一個(gè)常數(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)良好的匹配。主控制單元的電容和從屬濾波器的電容之比也是這種情況。進(jìn)而，主控制單元36包括與積分器30的輸出端34相連的電壓比較器35。使用電壓比較器35在其輸出端29提供輸出頻率信號(hào)fcom。還有一個(gè)所謂的相位頻率比較器(PFC)28，用于提供控制信號(hào)υ，以此作為輸出信號(hào)。相位頻率比較器28接收輸出頻率信號(hào)fcom和參考頻率信號(hào)fref，以此作為輸入信號(hào)。從屬單元包括至少一個(gè)從屬濾波器27.1-27.n。每個(gè)從屬濾波器都具有一個(gè)控制信號(hào)輸入端41，用于接收控制信號(hào)υ，控制信號(hào)υ通過(guò)影響從屬濾波器的時(shí)間常數(shù)τ可以校準(zhǔn)從屬濾波器的傳遞函數(shù)。在圖3中，所示的實(shí)施例中的所有5個(gè)從屬濾波器27.1-27.n的傳遞函數(shù)都是通過(guò)一個(gè)共用的控制信號(hào)υ校準(zhǔn)的。
按照本發(fā)明，通過(guò)調(diào)諧Gm來(lái)校準(zhǔn)時(shí)間常數(shù)τ。為此目的，要在時(shí)鐘信號(hào)CK的某個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)周期性地充電主控制模塊36的電容器C。使用比較器35來(lái)比較在這個(gè)電容器C上的電壓VC與一個(gè)預(yù)定的電壓Vth，從而可以產(chǎn)生周期性的信號(hào)fcom。通過(guò)使用鎖相回路，可以使要調(diào)諧的時(shí)間常數(shù)τ等于時(shí)鐘信號(hào)CK的周期T。在實(shí)踐中，這是極其方便的。通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)鐘頻率fCK，可以校準(zhǔn)很大范圍的時(shí)間常數(shù)τ。
在圖5中表示的是相位頻率比較器28的一些細(xì)節(jié)。相位頻率比較器28可以包括一個(gè)回路濾波器52，回路濾波器52具有一個(gè)輸出端31并且在輸出端31提供控制信號(hào)υ，以此作為輸出信號(hào)。相位頻率比較器28進(jìn)一步還包括一個(gè)相位頻率檢測(cè)器(PFD)53，相位頻率檢測(cè)器53安排在回路濾波器52的前面。相位頻率檢測(cè)器53具有兩個(gè)輸入端。它接收輸出頻率信號(hào)fcom和參考頻率信號(hào)fref，以此作為輸入信號(hào)。在本實(shí)施例中，將相位頻率檢測(cè)器53設(shè)計(jì)成能在輸出頻率信號(hào)fcom和參考頻率信號(hào)fref的下降沿54、55操作，如圖6的曲線圖所示。通過(guò)相位頻率檢測(cè)器53將代表輸出頻率信號(hào)fcom和參考頻率信號(hào)fref之間的相位差的誤差信號(hào)x饋送到回路濾波器52，以便允許回路濾波器52能夠提供控制信號(hào)υ，以此作為輸出信號(hào)。圖6的曲線圖還給出按照本發(fā)明的定時(shí)和自校準(zhǔn)的細(xì)節(jié)。
按照公知的校準(zhǔn)技術(shù)，在主控制單元中的VCO和VCF都調(diào)諧到相位頻率檢測(cè)器的參考頻率。對(duì)比之下，按照本發(fā)明提供的時(shí)間常數(shù)τ取決于3個(gè)電路參數(shù)在輸入端32的輸入直流電壓VB、比較器35的閾值電壓Vth、和輸入時(shí)鐘信號(hào)CK的周期T，如方程(7)所表示的。因此，按照本發(fā)明，在校準(zhǔn)Gm-C濾波器時(shí)，具有很大的自由度和靈活性可以同時(shí)改變一個(gè)、兩個(gè)、或者甚至于所有的三個(gè)電路參數(shù)VB、Vth、T。這就是本發(fā)明的校準(zhǔn)方案處理的最突出的特征之一?？紤]只改變一個(gè)電路參數(shù)的情況1)在保持Vth和VB不變的同時(shí)，通過(guò)輸入時(shí)鐘頻率fCK調(diào)諧Gm。對(duì)于這種校準(zhǔn)策略，通過(guò)改變時(shí)鐘頻率fCK調(diào)諧時(shí)間常數(shù)τ，時(shí)鐘頻率fCK是輸入時(shí)鐘周期T的倒數(shù)。結(jié)果，將時(shí)間常數(shù)τ調(diào)諧到輸入時(shí)鐘周期T和Vth/VB的乘積，如方程(7)所給出的。具體來(lái)說(shuō)，如果Vth＝VB，則可以獲得τ＝T (8)類似地，如果如果Vth＝2VB，則有τ＝T/2，并且如果Vth＝VB/2，則有τ＝2T，如此等等。
從方程(8)顯然可以看出，這種校準(zhǔn)策略可提供最高的校準(zhǔn)精度，這個(gè)最高的校準(zhǔn)精度與輸入時(shí)鐘的精度相同，并且這個(gè)精度在整個(gè)調(diào)諧范圍一直在保持著。而且，τ＝T可以使精度在實(shí)踐中非常誘人。
2)如果Vth和fref保持不變，則可以使時(shí)間常數(shù)τ正比于VB。在這種情況下，可以使用的調(diào)諧范圍可由跨導(dǎo)器33的輸入范圍加以限制。
3)如果VB和fref保持不變，則可以使時(shí)間常數(shù)τ反比于Vth。這一校準(zhǔn)策略有可能在一個(gè)較大的范圍內(nèi)通過(guò)Vth較小的變化來(lái)調(diào)諧時(shí)間常數(shù)τ。為了證實(shí)這一點(diǎn)，考慮一個(gè)數(shù)值例子。如果假定VB的缺省值是1伏，對(duì)應(yīng)的跨導(dǎo)是Gmo，則可以獲得如下的表格

可以看出，為了調(diào)諧Gm使其相差8倍，這個(gè)校準(zhǔn)策略要求Vth只從1伏變到0.125伏＝0.725伏。相比之下，校準(zhǔn)策略2)則要求的變化范圍達(dá)7伏之多。
按照本發(fā)明，還可能使兩個(gè)或者甚至于所有三個(gè)電路參數(shù)同時(shí)改變來(lái)校準(zhǔn)所說(shuō)的Gm-C濾波器。這在要求較寬的調(diào)諧范圍的應(yīng)用中是特別有用的。
下面，解決RC濾波器的校準(zhǔn)問(wèn)題。至今，本說(shuō)明書主要針對(duì)Gm-C濾波器。所建議的校準(zhǔn)技術(shù)還能直接應(yīng)用到RC濾波器。唯一的不同是，在主控制模塊中必須用電壓-電流變換器(VCC)代替跨導(dǎo)器。其目的在于，從與從屬RC濾波器中所用的相同類型的電阻中導(dǎo)出跨導(dǎo)。
在圖7中描述這樣一種變換器的一種可能的類型。一個(gè)運(yùn)算放大器61(op-amp)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)匹配的pMOS晶體管62、63。假定放大器的增益無(wú)限大，經(jīng)過(guò)連接64的反饋將迫使電阻器R上的電壓V1等于VB，導(dǎo)致如下的跨導(dǎo)Gm＝1/R (9)要說(shuō)明的是，按照本發(fā)明，這個(gè)VCC60只在主控模塊中需要。圖7假定在主控模塊和從屬濾波器中的電阻器R都是由電壓υ控制的。事實(shí)上，所提出的校準(zhǔn)技術(shù)允許改變或者R或者C。為此目的，要用所謂的可編程電阻器陣列(PRA)或者可編程電容器陣列來(lái)代替這些電阻器或者電容器?？删幊屉娮杵麝嚵惺蔷哂幸幌盗虚_關(guān)的電阻器陣列或樹，可編程電容器陣列是具有一系列開關(guān)的電容器陣列或樹。
雖然可以利用Gm-C濾波器連續(xù)調(diào)諧/校準(zhǔn)時(shí)間常數(shù)τ，但是RC濾波器的校準(zhǔn)是按照步長(zhǎng)進(jìn)行的。在二進(jìn)制可編程元件陣列中，這些步長(zhǎng)是通過(guò)陣列的最小分段決定的。
本發(fā)明還適合于用在例如為GSM收發(fā)器設(shè)計(jì)的基帶集成電路(IC)中。在這樣一種GSM收發(fā)器中，在發(fā)送器路徑中，需要3階巴特沃斯(Butterworth)低通濾波器(LPF)，以便在4.33MHz的頻率并且在發(fā)送器數(shù)字-模擬變換器(DAC)之后抑制GMSK調(diào)制信號(hào)的圖像分量。作為RC型濾波器并且如果沒(méi)有提供任何校準(zhǔn)或調(diào)諧的話，則這種濾波器極其容易在工作過(guò)程中處理變化。因?yàn)樗玫碾娮璧淖兓秶艽?，達(dá)到-13％至+33％，而電容的變化范圍為+/-10％，因此，當(dāng)使用常規(guī)的處理方法的時(shí)候，在通帶中直到100kHz實(shí)現(xiàn)足夠好的鏡象干擾抑制和最大平坦化是十分困難的。如果時(shí)間常數(shù)τ太大，則3分貝的頻率可能會(huì)移到較低的頻率，而這在鏡像干擾抑制中不會(huì)引起注意，但對(duì)于基帶信號(hào)這卻會(huì)引起注意。類似地，如果因?yàn)檫^(guò)程的變化使時(shí)間常數(shù)τ太小，鏡像干擾抑制將引起關(guān)注。進(jìn)而，如果過(guò)程已經(jīng)移動(dòng)，或者，如果預(yù)見(jiàn)一個(gè)新的應(yīng)用或系統(tǒng)，則完整的重新設(shè)計(jì)將是不可避免的。
如果使用按照本發(fā)明的自校準(zhǔn)，則這樣的重新設(shè)計(jì)將可以避免。向連續(xù)時(shí)間濾波器附加自校準(zhǔn)能力的目的在于提供臨界應(yīng)用，這樣作可能極大地減小進(jìn)入市場(chǎng)的周期，極大地減小成本，極大地提高系統(tǒng)的性能。
作為驗(yàn)證按照本發(fā)明的校準(zhǔn)方案的例子，使用所提出的校準(zhǔn)策略1)設(shè)計(jì)了一個(gè)3階的Gm-C濾波器。模擬的結(jié)果表明在沒(méi)有進(jìn)行任何優(yōu)化的情況下，校準(zhǔn)過(guò)程只花費(fèi)不到9個(gè)參考頻率fref的周期就可完成。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)以后，在主控模塊和從屬濾波器中的時(shí)間常數(shù)τ都變?yōu)闊o(wú)誤差的了。
按照本發(fā)明的濾波器系統(tǒng)基于只使用一個(gè)跨導(dǎo)器和一個(gè)電容器的自校準(zhǔn)技術(shù)。主控模塊不是VCO或者VCF。
本發(fā)明非常適合于精確的、集成的連續(xù)時(shí)間濾波器，例如連續(xù)時(shí)間Gm-C濾波器(使用跨導(dǎo)器和電容器)或者RC濾波器(使用無(wú)源的電阻器和電容器)。
本發(fā)明在選擇校準(zhǔn)策略方面提供了很大的自由度和靈活性。所提出的電路是可靠的，校準(zhǔn)是有效的并且具有高精度。不需要任何外部元件是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的方案對(duì)于低成本集成頗具魅力。全然沒(méi)有應(yīng)用限制。
按照本發(fā)明的濾波器系統(tǒng)基于所謂的主從原理。
還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，為清楚起見(jiàn)在分開的實(shí)施例文本中描述了本發(fā)明的各個(gè)特征，然而，還可以在單個(gè)實(shí)施例中聯(lián)合提供本發(fā)明的這些特征。與此相反，為簡(jiǎn)捷起見(jiàn)在單個(gè)實(shí)施例的文本中描述的本發(fā)明的各個(gè)特征還可以在分開的或者任何合適的子組合中提供。
在附圖和說(shuō)明書中，已經(jīng)提出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，雖然使用了特殊的術(shù)語(yǔ)，然而這樣給出的描述只是使用了普通的和說(shuō)明性的術(shù)語(yǔ)，并沒(méi)有限制的目的。
權(quán)利要求
1.一種具有自校準(zhǔn)裝置的連續(xù)時(shí)間濾波器系統(tǒng)，所說(shuō)的系統(tǒng)包括一個(gè)主控制單元(36)和具有至少一個(gè)從屬濾波器(27.1-27.n)的一個(gè)從屬單元，主控制單元(36)包括一個(gè)積分器(30)，它具有電路元件(33、C)，電路元件(33、C)與確定從屬濾波器的時(shí)間常數(shù)(τ)的從屬濾波器(27.1-27.n)的那些元件相匹配；一個(gè)電壓比較器(35)，它與積分器(30)的輸出端(34)相連，電壓比較器(35)提供一個(gè)輸出頻率信號(hào)(fcom)，和一個(gè)相位頻率比較器(PFC；28)，它提供控制信號(hào)(υ)，以此作為輸出信號(hào)，相位頻率比較器(PFC；28)接收所說(shuō)的輸出頻率信號(hào)(fcom)和參考頻率信號(hào)(fref)，以此作為輸入信號(hào)；從屬單元包括所說(shuō)至少一個(gè)從屬濾波器(27.1-27.n)，從屬濾波器(27.1-27.n)具有控制信號(hào)輸入端(41)，用于接收所說(shuō)的控制信號(hào)(υ)，因此允許通過(guò)影響從屬濾波器的時(shí)間常數(shù)(τ)來(lái)校準(zhǔn)從屬濾波器的傳遞函數(shù)。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從屬濾波器是一個(gè)RC濾波器，控制信號(hào)(υ)是一個(gè)分立的信號(hào)，可引導(dǎo)從屬濾波器的傳遞函數(shù)按步長(zhǎng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從屬濾波器是一個(gè)連續(xù)時(shí)間Gm-C濾波器，控制信號(hào)(υ)是一個(gè)連續(xù)的信號(hào)。
4.權(quán)利要求1、2、或3的系統(tǒng)，其中從屬濾波器是一個(gè)集成濾波器。
5.前述的權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中主控模塊(36)只包括一個(gè)跨導(dǎo)器(33)和一個(gè)電容器(C)。
6.前述的權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中相位頻率比較器(PFC；28)包括一個(gè)回路濾波器(52)，用于提供控制信號(hào)(υ)，以此作為輸出信號(hào)；一個(gè)相位頻率檢測(cè)器(PFD；53)，它位于回路濾波器(52)的前面，相位頻率檢測(cè)器(PFD；53)接收所說(shuō)輸出頻率信號(hào)(fcom)和參考頻率信號(hào)(fref)，以此作為輸入信號(hào)；一個(gè)誤差信號(hào)(x)，代表由相位頻率檢測(cè)器(PFD、53)向回路濾波器(52)提供的輸出頻率信號(hào)(fcom)和參考頻率信號(hào)(fref)之間的相位差。
7.前述的權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中主控制單元(36)包括可由信號(hào)VS控制的開關(guān)(39)。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中使用邏輯電路(40)以提供信號(hào)(VS)和參考頻率信號(hào)(fref)，信號(hào)(VS)和參考頻率信號(hào)(fref)都是從時(shí)鐘信號(hào)(CK)導(dǎo)出的。
9.前述的權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中將直流電壓(VB)加到積分器(30)的輸入端(32)。
10.前述的權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中積分器(30)具有一個(gè)跨導(dǎo)(Gm)，這個(gè)跨導(dǎo)可以通過(guò)改變以下各項(xiàng)進(jìn)行調(diào)諧加到電壓比較器(35)的輸入端的閾值電壓(Vth)，和/或加到積分器(30)的輸入端(32)的直流電壓(VB)，和/或時(shí)鐘信號(hào)(CK)的頻率(fCK)。
11.權(quán)利要求1-9中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中積分器(30)具有一個(gè)跨導(dǎo)(Gm)，這個(gè)跨導(dǎo)可以通過(guò)改變時(shí)鐘信號(hào)(CK)的輸入時(shí)鐘頻率(fCK)、同時(shí)保持施加到電壓比較器(35)的輸入端的閾值電壓(Vth)和加到積分器(30)的輸入端(32)的直流電壓(VB)不變來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。
12.權(quán)利要求1-9中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中積分器(30)具有一個(gè)跨導(dǎo)(Gm)，這個(gè)跨導(dǎo)可以通過(guò)改變加到積分器(30)的輸入端(32)的直流電壓(VB)，同時(shí)保持施加到電壓比較器(35)的輸入端的閾值電壓(Vth)和參考頻率信號(hào)(fref)不變來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。
13.權(quán)利要求1-9中任何一個(gè)所述的系統(tǒng)，其中積分器(30)具有一個(gè)跨導(dǎo)(Gm)，這個(gè)跨導(dǎo)可以通過(guò)改變加到電壓比較器(35)的輸入端的閾值電壓(Vth)、同時(shí)保持加到積分器(30)的輸入端(32)的直流電壓(VB)和參考頻率信號(hào)(fref)不變來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。
14.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中主控模塊(36)包括一個(gè)電壓-電流變換器(VCC、60)，和/或一個(gè)可編程電阻器陣列(PRA)，和/或一個(gè)可編程電容器陣列。
15.一種遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)、視頻信號(hào)處理系統(tǒng)、或盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，包括按照權(quán)利要求1-14中的至少一個(gè)所述的系統(tǒng)。
全文摘要
一種具有自校準(zhǔn)裝置的連續(xù)時(shí)間濾波器系統(tǒng)。所說(shuō)的系統(tǒng)包括一個(gè)主控制單元(36)和具有一個(gè)或多個(gè)從屬濾波器(27.1－27.n)的一個(gè)從屬單元。主控制單元(36)包括一個(gè)積分器(30)，它具有電路元件(33；C)，電路元件(33、C)與確定從屬濾波器的時(shí)間常數(shù)(τ)的從屬濾波器(27.1－27.n)的那些元件相匹配。進(jìn)而，主控制單元(36)還包括一個(gè)電壓比較器(35)，它與積分器(30)的輸出端(34)相連，電壓比較器(35)提供一個(gè)輸出頻率信號(hào)(f
文檔編號(hào)H03L7/099GK1679234SQ03821111
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月5日
發(fā)明者王振華 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司