專利名稱：一種通帶帶寬可調的低通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于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(xiàn)方法可分為模擬濾波器和數(shù)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。模擬低通濾波器由于器件使用少，可濾去高頻噪聲，有較為成熟的CMOS開關電容技術來實現(xiàn)等優(yōu)點，被廣泛的應用于各類模擬電路系統(tǒng)中。
理想低通濾波器有一個有限增益的頻率范圍(通帶)和一個增益為零的頻率范圍(阻帶)。但根據(jù)電路理論，這種濾波器是不可能實現(xiàn)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(shù)，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(qū)，過渡區(qū)域越小，濾波器的性能就越好。
但在目前，應用系統(tǒng)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(tǒng)中是極不方便的。例如，當一個系統(tǒng)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(tǒng)就會出現(xiàn)問題。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)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(fā)明提供了一種通帶帶寬可調的低通濾波器，其特征在于該濾波器由固定帶寬低通濾波器，譯碼電路和附加電容組成；輸入信號經譯碼電路譯碼產生控制信號，控制信號連接發(fā)送到附加電容的控制端口，控制附加電容是否并聯(lián)在固定帶寬低通濾波器的電容上，附加電容并聯(lián)與否及其并聯(lián)電容容值的大小使該濾波器的電容值發(fā)生變化，從而改變?yōu)V波器的系統(tǒng)函數(shù)參數(shù)，實現(xiàn)調節(jié)低通濾波器的帶寬。
本發(fā)明所述的附加電容是由多個電容通過并連方式組成的電容組，其電容組數(shù)量等于固定帶寬低通濾波器的級數(shù)。
組成附加電容的每個電容都有一控制端口，該端口連接在譯碼電路的輸出端，由譯碼電路產生的控制信號控制其是否并聯(lián)在固定帶寬低通濾波器的電容上。
本發(fā)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管并聯(lián)而成的CMOS模擬開關。


圖1為低通濾波器的頻譜2為本發(fā)明較佳實施例的電路原理3為本發(fā)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為譯碼電路的結構圖
具體實施例方式
附圖2為本發(fā)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譯碼電路，實現(xiàn)將2位輸入數(shù)字信號譯碼成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并聯(lián)而成，附加電容的2個端口A和B并聯(lián)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，F(xiàn)H和FL是兩個輸入數(shù)字信號，它們輸入到譯碼電路中，產生3個控制信號F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，這三個控制信號依次連接在每組附加電容的控制端口Ct1上，控制附加電容是否并聯(lián)到濾波器上。例如，如果F0＝1，F(xiàn)1＝0，F(xiàn)2＝0。則c1a，c2a，c3a并聯(lián)在C1，C2，C3上。電容的容值由于c1a，c2a，c3a的并入而增大，濾波器的系統(tǒng)函數(shù)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(fā)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(jù)圖2列出節(jié)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)+2]V0]]>=RC3(S+1RC3)[S(S+1RC3)+2R2C2C3]V0R2C2C3---(3)]]>整理可得到濾波器的系統(tǒng)傳輸函數(shù)V0Vi=1/RiR2C2C32(S+1RC3)[S2+1RC3S+2R2C2C3]---(4)]]>我們知道，三階巴特沃思系統(tǒng)函數(shù)的標準形式為 比較式(4)和式(5)，并考慮頻率歸一化，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， 由于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=CRπfc2fxC2=2CRπfc2fs---(10)C1=C3=CRπfc2fs]]>從式(10)中，我們可以清楚地看到通帶帶寬fc同電容C1、C2、C3之間的直接關系。當改變電容值時，通帶帶寬便相應改變了。式(10)是本發(fā)明的理論基礎。
本發(fā)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，經過譯碼電路產生的F0、F1、F2都為低電平，C1a、C1b、C1c、C2a、C2b、C2c、C3a、C3b、C3c這些電容都未并連到濾波器上，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，F(xiàn)0為高電平，F(xiàn)1、F2為低電平，C1a并上C1、C2a并上C2、C3a并上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(xiàn)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(xiàn)高阻值的電阻是很困難的，往往需要占很大的芯片面積，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(xiàn)方法。在此種模擬中，R=14fsCR·]]>圖4表示了附加電容并連入電路的實現(xiàn)方法。當en=1時兩個CMOS模擬開關閉合，附加電容便并連入了濾波器中，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表示了譯碼電路的實現(xiàn)，F(xiàn)0=FH‾·FL,]]>F1=FH·FL‾,]]>,F2=FH·FL。
這樣已詳細地描述了本發(fā)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(fā)明的精神或范圍地對這里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(fā)明的限制。
權利要求
1.一種通帶帶寬可調的低通濾波器，其特征在于該濾波器由固定帶寬低通濾波器，譯碼電路和附加電容組成；輸入信號經譯碼電路譯碼產生控制信號，控制信號連接發(fā)送到附加電容的控制端口，控制附加電容是否并聯(lián)在固定帶寬低通濾波器的電容上，附加電容并聯(lián)與否及其并聯(lián)電容容值的大小，使該濾波器的電容值發(fā)生變化，從而改變?yōu)V波器的系統(tǒng)函數(shù)參數(shù)，實現(xiàn)調節(jié)低通濾波器的帶寬。
2.根據(jù)權利要求1所述的附加電容，其特征在于該附加電容是由多個電容通過并連方式組成的電容組。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的附加電容，其特征在于附加電容的電容組數(shù)量等于固定帶寬低通濾波器的級數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1、2或3任一權利要求所述的附加電容，其特征在于組成附加電容的每個電容都有一控制端口，該端口連接在譯碼電路的輸出端，由譯碼電路產生的控制信號控制其是否并聯(lián)在固定帶寬低通濾波器的電容上。
5.根據(jù)權利要求1所述的通帶帶寬可調的低通濾波器，其特征在于該濾波器的電阻是由開關和電容來模擬的。
6.根據(jù)權利要求5所述的開關。其特征在于該開關是由一對NMOS、PMOS管并聯(lián)而成的CMOS模擬開關。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通帶帶寬可調的低通濾波器，其特征在于該濾波器由固定帶寬低通濾波器，譯碼電路和附加電容組成；譯碼電路由輸入信號譯碼產生控制信號，控制信號連接發(fā)送到附加電容的控制端口，控制附加電容是否并聯(lián)在固定帶寬低通濾波器的電容上，附加電容并聯(lián)與否及其并聯(lián)電容組的數(shù)量多少使該濾波器的電容值發(fā)生變化，從而改變?yōu)V波器的系統(tǒng)函數(shù)參數(shù)，實現(xiàn)調節(jié)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(yōu)先權日2005年12月12日
發(fā)明者劉敬波, 胡江鳴, 王韌, 常軍鋒, 劉茂生, 吳才潤, 梅楊珍, 石嶺, 劉云 申請人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司