高階模擬n通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高階模擬N通道頻率可調(diào)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)個回轉(zhuǎn)器和1個時鐘發(fā)生器構(gòu)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(shù)次諧波；回轉(zhuǎn)器由基于反相器的跨導(dǎo)運算放大器構(gòu)成，能有效增加濾波器的增益；時鐘發(fā)生器用來給N通道有源濾波器提供周期性的取樣脈沖序列，使得濾波器的中心頻率僅由時鐘頻率決定；通過對本發(fā)明的6階8通道有源帶通濾波器進行仿真，仿真結(jié)果顯示其可變范圍為0.2G至2.0G，可見其具有寬可調(diào)的中心頻率，此外還具有穩(wěn)定性好和靈敏度低的特點，在通信系統(tǒng)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。
【專利說明】高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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(diào)有源帶通濾 波器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信系統(tǒng)中，無線接收機中應(yīng)用到的帶通濾波器需有好的選擇性，寬的動 態(tài)范圍和自由可調(diào)的中心頻率。目前，常用N通道濾波單元來構(gòu)建高Q值的帶通濾波器，通 過適當(dāng)?shù)倪x擇電路中的中心頻率，通道數(shù)等參數(shù)就可使Q值高達1〇4的數(shù)量級。N通道濾波 單元可實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)，其中心頻率可通過改變時鐘發(fā)生器所產(chǎn)生的取樣脈沖序列頻率來調(diào) 節(jié)。由于取樣的重復(fù)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(tǒng)濾 波器而言得到了很大的改善，并具有穩(wěn)定性好和靈敏度低的優(yōu)點。
[0003] 然而，傳統(tǒng)的帶通濾波器屬于無源帶通濾波器，其內(nèi)部的傳統(tǒng)N通道濾波單元是 由N個通道及取樣脈沖產(chǎn)生電路構(gòu)成，且每個通道都有相同的傳輸函數(shù)H(j?)。傳統(tǒng)的無 源RC構(gòu)成H(j?)應(yīng)用于N通道濾波單元時，雖可得到一個很窄的帶寬，但是卻會占用很大 的芯片面積和具有較小的動態(tài)范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)N通道濾波單元在構(gòu)成N通道帶通濾波器所存 在的動態(tài)范圍小和體積大的不足，提供一種高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種高階模擬N通道頻率可調(diào)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)個回轉(zhuǎn)器和1個時鐘發(fā)生器構(gòu)成，其中 N為大于等于2的正偶數(shù)，M為大于等于3的奇數(shù)。時鐘發(fā)生器包括N個D觸發(fā)器。每個D 觸發(fā)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(fā)器 的Q端與后一個D觸發(fā)器的D端相連，第一個D觸發(fā)器的D端與最后一個D觸發(fā)器的Q端 相連。每個D觸發(fā)器的S端輸出一個取樣脈沖序列。N通道濾波組包括N條開關(guān)支路和f 個電容。每條開關(guān)支路由2個串聯(lián)的開關(guān)構(gòu)成。每個電容的兩端分別跨接在2條開關(guān)支路 上，且電容的兩端接在2個開關(guān)相連的公共端上，即2條開關(guān)支路與1個電容形成H形電路 結(jié)構(gòu)，H形電路結(jié)構(gòu)的數(shù)目與電容的數(shù)目相同。每個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左上位置處的開 關(guān)和處于右下位置處的開關(guān)同時與一個D觸發(fā)器的S端相連即接同一個取樣脈沖序列，每 個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左下位置處的開關(guān)和處于右上位置處的開關(guān)同時與另一個D觸發(fā)器 的S端相連即接另一個相同的取樣脈沖序列。每兩個N通道濾波組是通過2個回轉(zhuǎn)器相連 的，前一個N通道濾波組的兩端與2個回轉(zhuǎn)器的輸入端相連，后一個N通道濾波組的兩端與 2個回轉(zhuǎn)器的輸出端相連。第一個N通道濾波組與2個回轉(zhuǎn)器輸入端相連的端口構(gòu)成有源 帶通濾波器本體的輸入端正極和負極，最后一個N通道濾波組與最后2個回轉(zhuǎn)器輸出端相 連的端口構(gòu)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(fā)生器相連時，其第i個H形電路結(jié)構(gòu)中處 于左上位置處的開關(guān)與第i個D觸發(fā)器的S端相連，第i個H形電路結(jié)構(gòu)中處于右上位置 處的開關(guān)與第f個D觸發(fā)器的S端相連，其中/ =U,…。
[0008] 上述方案中，開關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
[0009] 上述方案中，回轉(zhuǎn)器為基于反相器的跨導(dǎo)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的取值范圍介于2?16之間，所述M的取值范圍介于3?9 之間。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)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(shù)次諧波；回轉(zhuǎn)器由基于反相器的跨導(dǎo)運算放大器構(gòu)成，能有效 增加濾波器的增益；時鐘發(fā)生器用來給N通道有源濾波器提供周期性的取樣脈沖序列，使 得濾波器的中心頻率僅由時鐘頻率決定；通過對本發(fā)明的6階8通道有源帶通濾波器進行 仿真，仿真結(jié)果顯示其可變范圍為〇. 2G至2. 0G，可見其具有寬可調(diào)的中心頻率，此外還具 有穩(wěn)定性好和靈敏度低的特點，在通信系統(tǒng)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)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(diào)有源帶通濾波器的N通道濾波組和回轉(zhuǎn)器的 電路原理圖。
[0014] 圖2為一種高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器的時鐘發(fā)生器的電路原理 圖。
[0015] 圖3為圖1中一個回轉(zhuǎn)器的電路原理圖。
[0016] 圖4為圖2中一個D觸發(fā)器的電路原理圖。
[0017] 圖5為一種高階模擬N通道頻率可調(diào)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(fā)明所設(shè)計的一種高階模擬N通道頻率可調(diào)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)個回轉(zhuǎn)器和 1個時鐘發(fā)生器構(gòu)成，其中N為大于等于2的正偶數(shù)，M為大于等于3的奇數(shù)。在本發(fā)明優(yōu) 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個回轉(zhuǎn)器和1個時鐘發(fā)生器構(gòu) 成6階8通道有源帶通濾波器。
[0019] 時鐘發(fā)生器如圖2所示，包括N個D觸發(fā)器。每個D觸發(fā)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(fā)器的Q端與后一個D觸發(fā)器的 D端相連，第一個D觸發(fā)器的D端與最后一個D觸發(fā)器的Q端相連。每個D觸發(fā)器的S端輸 出一個取樣脈沖序列。每個D觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，每個D觸發(fā)器都是由兩個CMOS反 相器和兩個CMOS傳輸門構(gòu)成。外部時鐘CLK控制CMOS傳輸門的導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0020] 回轉(zhuǎn)器用一個基于反相器，沒有內(nèi)部節(jié)點，且具有很好線性度的跨導(dǎo)運算放大器 構(gòu)成。其中跨導(dǎo)運算放大器由一個N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管和一個P型金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管組成，參見圖3。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，所有2(M_1)個回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)均完全 相同。而為了獲得所要求的濾波器增益，跨導(dǎo)運算放大器的跨導(dǎo)可根據(jù)要求而改變，同一個 N通道濾波組上接的2個回轉(zhuǎn)器即跨導(dǎo)運算放大器的跨導(dǎo)相同（即gml和gml'的跨導(dǎo)相同， &和的跨導(dǎo)相同）；而不同N通道濾波組上接的回轉(zhuǎn)器即跨導(dǎo)運算放大器的跨導(dǎo)可以 相同（gml和gm2的跨導(dǎo)相同），也可以不同（gml和gm2的跨導(dǎo)不相同）。在本發(fā)明優(yōu)選實施 例中，兩個跨導(dǎo)運算放大器即gml和g"/的跨導(dǎo)為60ms，gm2和gm2'的跨導(dǎo)為24ms。
[0021] N通道濾波組包括N條開關(guān)支路和if個電容。每條開關(guān)支路由2個串聯(lián)的開關(guān)構(gòu) 成。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，每個開關(guān)都是用N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管（NM0S)實現(xiàn)， 寬長比達到800以上比例的NM0S管可獲得低于10Q的開關(guān)導(dǎo)通電阻。每個電容的兩端分 別跨接在2條開關(guān)支路上，且電容的兩端接在2個開關(guān)相連的公共端上，即2條開關(guān)支路與 1個電容形成H形電路結(jié)構(gòu)，H形電路結(jié)構(gòu)的數(shù)目與電容的數(shù)目相同。
[0022] 每個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左上位置處的開關(guān)和處于右下位置處的開關(guān)同時與一 個D觸發(fā)器的S端相連即接同一個取樣脈沖序列，每個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左下位置處的 開關(guān)和處于右上位置處的開關(guān)同時與另一個D觸發(fā)器的S端相連即接另一個相同的取樣脈 沖序列。具體地，每個N通道濾波組與時鐘發(fā)生器相連時，其第i個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左 上位置處的開關(guān)與第i個D觸發(fā)器的S端相連，第i個H形電路結(jié)構(gòu)中處于右上位置處的 開關(guān)與第/ + #個D觸發(fā)器的S端相連，其中/ = 。
[0023] 每兩個N通道濾波組是通過2個回轉(zhuǎn)器相連的，前一個N通道濾波組的兩端與2 個回轉(zhuǎn)器的輸入端相連，后一個N通道濾波組的兩端與2個回轉(zhuǎn)器的輸出端相連。第一個 N通道濾波組與2個回轉(zhuǎn)器輸入端相連的端口構(gòu)成有源帶通濾波器本體的輸入端正極和負 極，最后一個N通道濾波組與最后2個回轉(zhuǎn)器輸出端相連的端口構(gòu)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(fā)生器和4個回轉(zhuǎn)器所構(gòu)成的6階8通道有源 帶通濾波器為例，對本發(fā)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(guān)電容 網(wǎng)絡(luò)的作用之后，所述帶通濾波器的輸出呈現(xiàn)出高Q帶通，穩(wěn)定性好，靈敏度低等特性，改 變時鐘發(fā)生器取樣脈沖序列的頻率，可以調(diào)節(jié)所述有源濾波器的中心頻率。
[0026] 利用周期性信號的重復(fù)性，在每個周期內(nèi)將N個開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)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(shù)為

【權(quán)利要求】
1. 高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器，包括有源帶通濾波器本體，其特征在于： 所述有源帶通濾波器本體由M個N通道濾波組、2 (M-1)個回轉(zhuǎn)器和1個時鐘發(fā)生器構(gòu)成，其 中N為大于等于2的正偶數(shù)，M為大于等于3的奇數(shù)； 時鐘發(fā)生器包括N個D觸發(fā)器；每個D觸發(fā)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(fā)器的Q端與后一個D觸發(fā)器的D端相連，第一個D 觸發(fā)器的D端與最后一個D觸發(fā)器的Q端相連；每個D觸發(fā)器的S端輸出一個取樣脈沖序 列； N通道濾波組包括N條開關(guān)支路和-個電容；每條開關(guān)支路由2個串聯(lián)的開關(guān)構(gòu)成；每
個電容的兩端分別跨接在2條開關(guān)支路上，且電容的兩端接在2個開關(guān)相連的公共端上，即 2條開關(guān)支路與1個電容形成H形電路結(jié)構(gòu)，H形電路結(jié)構(gòu)的數(shù)目與電容的數(shù)目相同；每個 H形電路結(jié)構(gòu)中處于左上位置處的開關(guān)和處于右下位置處的開關(guān)同時與一個D觸發(fā)器的S 端相連，每個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左下位置處的開關(guān)和處于右上位置處的開關(guān)同時與另一 個D觸發(fā)器的S端相連； 每兩個N通道濾波組是通過2個回轉(zhuǎn)器相連的，前一個N通道濾波組的兩端與2個回 轉(zhuǎn)器的輸入端相連，后一個N通道濾波組的兩端與2個回轉(zhuǎn)器的輸出端相連；第一個N通道 濾波組與2個回轉(zhuǎn)器輸入端相連的端口構(gòu)成有源帶通濾波器本體的輸入端正極和負極，最 后一個N通道濾波組與最后2個回轉(zhuǎn)器輸出端相連的端口構(gòu)成有源帶通濾波器本體的輸出 端正極和負極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器，其特征在于：每 個N通道濾波組與時鐘發(fā)生器相連時，其第i個H形電路結(jié)構(gòu)中處于左上位置處的開關(guān)與 第i個D觸發(fā)器的S端相連，第i個H形電路結(jié)構(gòu)中處于右上位置處的開關(guān)與第
個D 觸發(fā)器的S端相連，其中
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器，其特征在于：開 關(guān)為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器，其特征在于：回 轉(zhuǎn)器為基于反相器的跨導(dǎo)放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器，其特征在于：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(jù)權(quán)利要求1所述的高階模擬N通道頻率可調(diào)有源帶通濾波器，其特征在于：所 述N的取值范圍介于2?16之間，所述M的取值范圍介于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(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】何小蓮 申請人:廣西師范大學(xué)