專利名稱：帶通電荷抽樣電路的制作方法
背景技術(shù)：
電壓抽樣傳統(tǒng)地用于模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。在電壓抽樣器中，在一信號(hào)源和一個(gè)電容器之間設(shè)置一個(gè)抽樣開關(guān)。在二個(gè)抽樣時(shí)刻之間，該電容器的電壓準(zhǔn)確地跟蹤信號(hào)電壓。在抽樣時(shí)刻，斷開該開關(guān)以保持電容器電壓。當(dāng)提高信號(hào)頻率時(shí)，這二個(gè)過程變得越加困難。對(duì)于給定的精度，熱噪聲和切換噪聲決定最小容許電容，而跟蹤速度決定最大容許電容或開關(guān)電阻。當(dāng)該最大值小于該最小值時(shí)則成為不可能。另外，時(shí)鐘抖動(dòng)和有限關(guān)斷速度(非零抽樣孔徑)使抽樣計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確。事實(shí)上，電壓抽樣電路的帶寬必須遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬。這使得高頻無線電信號(hào)的直接抽樣非常困難。二次抽樣可以降低抽樣速率，但不能降低抽樣電路的帶寬而且不能降低對(duì)小的時(shí)鐘起伏以及小抽樣孔徑的要求。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供克服上述問題的一種改進(jìn)型抽樣電路和一種抽樣模擬信號(hào)的方法。
為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明提供一種電荷抽樣(CS)電路，其包括一個(gè)用于控制一至該電荷抽樣電路的模擬輸入信號(hào)的控制信號(hào)發(fā)生器，該模擬輸入信號(hào)在一抽樣階段期間響應(yīng)一個(gè)來自該控制信號(hào)發(fā)生器的抽樣信號(hào)由一積分器積分，其中該模擬輸入信號(hào)的電流被積分成積分電荷以在該抽樣階段結(jié)束時(shí)于信號(hào)輸出端處生成一比例電壓或電流抽樣。
本發(fā)明的一個(gè)更具體的目的是提供一種用于帶通抽樣的方法和抽樣電路。
該目的是通過一個(gè)帶通抽樣(BPCS)電路達(dá)到的，其包括一個(gè)用于控制一個(gè)差分模擬信號(hào)的第一端和第二端的控制信號(hào)發(fā)生器，該差分模擬信號(hào)在一個(gè)加權(quán)與抽樣(W&S)階段期間響應(yīng)來自該控制信號(hào)發(fā)生器的W&S信號(hào)由一個(gè)W&S元件加權(quán)，其中僅當(dāng)所述一W&S信號(hào)處于W&S階段時(shí)該模擬信號(hào)的電流才通過所述W&S元件，并且所述控制信號(hào)發(fā)生器適用于在W&S階段期間控制該W&S元件的輸出信號(hào)由一個(gè)積分器積分，其中該W&S元件的輸出信號(hào)的電流被積分成積分電荷以在該W&S階段結(jié)束時(shí)于信號(hào)輸出端生成一個(gè)比例電壓或電流抽樣。
本發(fā)明另一個(gè)更具體的目的是提供一種二級(jí)BPCS電路。這是通過一個(gè)依據(jù)本發(fā)明的二級(jí)BPCS電路達(dá)到的，其包括一個(gè)依據(jù)本發(fā)明的第一BPCS電路，用于生成帶有第一抽樣速率的信號(hào)抽樣；一個(gè)斬波電路，用于按和該第一抽樣速率相等的時(shí)鐘信號(hào)頻率及時(shí)對(duì)稱地在該第一BPCS電路的信號(hào)輸出端處或一對(duì)輸出端處對(duì)來自第一BPCS電路的信號(hào)進(jìn)行斬波；一個(gè)差分輸出放大器，用于差分地放大來自該斬波電路的信號(hào)；其中所述第二BPCS的第一信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸入端與所述放大器(41)的信號(hào)輸出端對(duì)連接，用以在信號(hào)輸出端或輸出端對(duì)處以一第二抽樣速率生成信號(hào)抽樣。
本發(fā)明的再一個(gè)具體目的是提供一種前端抽樣無線電接收機(jī)。這是通過一種依據(jù)本發(fā)明的前端抽樣無線電接收機(jī)達(dá)到的，其包括一個(gè)用于接收并且濾波無線電信號(hào)的低通濾波器，其帶寬高達(dá)時(shí)鐘頻率的二倍；一個(gè)低噪聲放大器，用于從該濾波后的信號(hào)生成一個(gè)差分放大的無線電信號(hào)；一個(gè)本地振蕩器，用于在其信號(hào)輸出端生成一個(gè)I時(shí)鐘信號(hào)；一個(gè)π/2移相器，其一個(gè)信號(hào)輸入端和該本地振蕩器連接，用于在其信號(hào)輸出端處生成一個(gè)振幅和I時(shí)鐘信號(hào)相同但移相π/2的Q時(shí)鐘信號(hào)；其中所述低噪聲放大器的信號(hào)輸出對(duì)的二端分別都連接到第一BPCS電路和第二BPCS電路上，所述I時(shí)鐘信號(hào)輸出端連接到所述第一BPCS電路的時(shí)鐘輸入端，而Q時(shí)鐘信號(hào)輸出端連接到第二BPCS電路的時(shí)鐘輸入端，用以在第一BPCS電路的信號(hào)輸出端或輸出端對(duì)處生成該無線電信號(hào)的基帶I抽樣，而在所述第二BPCS電路的信號(hào)輸出端或輸出端對(duì)處生成該無線電信號(hào)的基帶Q抽樣。
依據(jù)本發(fā)明的電荷抽樣電路的優(yōu)點(diǎn)在于，該電荷抽樣電路的帶寬不必必須遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬。另一個(gè)重要的背景是，對(duì)于一無線電信號(hào)，不論載波頻率多么高，信號(hào)帶寬(基帶)保持為DC(直流)至載波頻率之間的整個(gè)頻帶的一小部分。從而不必轉(zhuǎn)換整個(gè)頻帶，而是只需要轉(zhuǎn)換帶有信號(hào)的頻帶。
在給定精度下，能由該CS電路或該BPCS電路抽樣的信號(hào)頻率高于或遠(yuǎn)高于電壓抽樣電路能抽樣的信號(hào)頻率。
該CS電路或該BPCS電路中使用的抽樣電容大于或者遠(yuǎn)大于電壓抽樣電路中使用的抽樣電容，從而給出低噪聲和低時(shí)鐘和電荷饋通的優(yōu)點(diǎn)。
每個(gè)BPCS電路同時(shí)是一濾波器、一混頻器和一抽樣器，這大大簡(jiǎn)化無線電接收機(jī)。
該BPCS電路能直接在射頻頻帶上工作，這使得帶有前端抽樣和A/D轉(zhuǎn)換的高數(shù)字化無線電接收機(jī)成為可能。
BPCS電路的中心頻率和帶寬都很容易被編程。帶寬可以按所需的盡量窄，等同于具有一個(gè)無限的Q值。
該CS電路和該BPCS電路是簡(jiǎn)單的，并且可容易地在CMOS或其它工藝中實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于需要簡(jiǎn)單以及高數(shù)字化體系結(jié)構(gòu)的單芯片系統(tǒng)目的，該技術(shù)是非常有用的。
要強(qiáng)調(diào)指出的是，當(dāng)在本說明書中使用時(shí)術(shù)語“包括”用于規(guī)定所提及的特性、整數(shù)、步驟或部件的存在，但其不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它的特性、整數(shù)、步驟、部件和它們的組合。
附圖的簡(jiǎn)要說明為了更詳細(xì)地解釋本發(fā)明以及本發(fā)明的各種優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，下面參照各附圖詳細(xì)說明一優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中

圖1A是依據(jù)本發(fā)明的一種電荷抽樣(CS)電路的一個(gè)第一實(shí)施例的方塊圖，圖1B示出圖1A中的電荷抽樣(CS)電路的工作波形，圖1C示出圖1A中的電荷抽樣(CS)電路的頻率響應(yīng)，圖2A是依據(jù)本發(fā)明的一種帶通電荷抽樣(BPCS)電路的一個(gè)第一圖7A是n＝50的常數(shù)加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，圖7B是n＝500的常數(shù)加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，圖8A是n＝50的線性加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，圖8B是n＝500的線性加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，圖9A是n＝75和n＝87的高斯加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，圖9B是n＝750和n＝870的高斯加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，圖10是圖3中的差分BPCS電路的第一實(shí)施例的電路圖，圖11A示出依據(jù)圖10的n＝10在1000兆赫下常數(shù)加權(quán)的電路圖，圖11B示出圖11A中的電路產(chǎn)生的頻率響應(yīng)，圖12A示出依據(jù)圖10的n＝59在1000兆赫下線性加權(quán)的電路圖，圖12B是圖12A中的電路產(chǎn)生的頻率響應(yīng)，圖13A是依據(jù)圖10的n＝599在1000兆赫下線性加權(quán)的電路圖，圖13B是圖13A中的電路產(chǎn)生的頻率響應(yīng)，圖14A是一種單端有源積分器的電路圖，圖14B是一種差分有源積分器的電路圖，圖15是二級(jí)BPCS電路的方塊圖，以及圖16是一種前端抽樣無線電接收機(jī)結(jié)構(gòu)的方塊圖。
對(duì)各附圖的詳細(xì)說明本發(fā)明是一個(gè)通過在給定的時(shí)間窗口內(nèi)積分信號(hào)的電流以對(duì)該信號(hào)抽樣的電荷抽樣(CS)電路或帶通電荷抽樣(BPCS)電路，并且所產(chǎn)生的電荷代表該窗口的中心時(shí)間處的信號(hào)抽樣。
參照?qǐng)D1A，其示出依據(jù)本發(fā)明的電荷抽樣(CS)電路1的一個(gè)第一實(shí)施例。它包括抽樣開關(guān)2，一個(gè)積分器3和一個(gè)控制信號(hào)發(fā)生器4。開關(guān)2具有一個(gè)信號(hào)輸入端、一個(gè)信號(hào)輸出端和一個(gè)控制輸入端。向該開關(guān)的信號(hào)輸入端施加一個(gè)模擬信號(hào)，其是該電荷抽樣電路1的信號(hào)輸入，并且向該控制輸入端施加一個(gè)來自控制信號(hào)發(fā)生器4的抽樣信號(hào)。僅當(dāng)抽樣信號(hào)處于抽樣階段內(nèi)時(shí)，該開關(guān)才接通，即該信號(hào)輸入端和該開關(guān)的信號(hào)輸出端相連接。積分器3具有一個(gè)信號(hào)輸入端、一個(gè)信號(hào)輸出端和一個(gè)控制輸入端。開關(guān)2的信號(hào)輸出施加到積分器3的信號(hào)輸入端，并且來自控制信號(hào)發(fā)生器4的一個(gè)復(fù)位信號(hào)施加到積分器3的控制輸入端。在抽樣階段期間至CS電路1的模擬輸入信號(hào)的電流被積分，并且在該抽樣階段結(jié)束點(diǎn)處，此積分電荷在該CS電路的信號(hào)輸出端處產(chǎn)生一個(gè)比例電壓或電源抽樣。在開始復(fù)位信號(hào)的復(fù)位階段之前一直保持該抽樣，并且在此期間的時(shí)間間隔為保持階段。當(dāng)重復(fù)這些階段時(shí)產(chǎn)生序列抽樣，并且該信號(hào)輸出是所述CS電路的信號(hào)輸出。如前面所述，控制信號(hào)發(fā)生器4具有一個(gè)作為該CS電路的時(shí)鐘輸入的時(shí)鐘輸入，一個(gè)連接到開關(guān)2的控制輸入端的抽樣信號(hào)輸出端，和一個(gè)連接到積分器3的控制輸入端的復(fù)位信號(hào)輸出端。
在本實(shí)施例中，積分器3包括一個(gè)電容器3-1，一個(gè)復(fù)位開關(guān)3-2和一個(gè)選用電阻器3-3。然而，在其它實(shí)施例中積分器3可具有不同的配置。對(duì)抽樣開關(guān)2的輸入端施加一個(gè)模擬信號(hào)。如已說明的，電荷抽樣過程涉及三個(gè)相繼的階段復(fù)位、抽樣(t1至t2)和保持。從t1到t2的時(shí)間定義為抽樣窗口。圖1B示出該電路的工作波形。在復(fù)位階段期間，只接通復(fù)位開關(guān)3-2并且電容器3-1復(fù)位。在抽樣階段期間，僅接通抽樣開關(guān)2，并且信號(hào)電流在電容器3-1上積分。時(shí)間常數(shù)足夠大，以便當(dāng)信號(hào)從一電壓源(通常情況)進(jìn)入時(shí)能得到線性充電。如果開關(guān)2的接通電阻太小，可以附加選用電阻器3-3。在保持階段期間，這二個(gè)開關(guān)都處于斷開狀態(tài)，并且保持積分器3的輸出電壓供進(jìn)一步使用。一對(duì)組成一個(gè)差分CS電路的互連CS電路通過使用一個(gè)差分輸入信號(hào)并共享控制信號(hào)發(fā)生器4，提供差分輸出以消除共模效應(yīng)。這些CS電路或CS電路對(duì)并聯(lián)使用，以便通過在時(shí)間上交錯(cuò)的抽樣信號(hào)和復(fù)位信號(hào)二者來提高抽樣速率，并使二個(gè)抽樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔可能小于該抽樣窗口。信號(hào)電流可以用I(t)＝∑Iisin(ωit+φi)表示，i＝1，2，...，m?？偡e分電荷為Q＝∑Qi，其中Q1＝(Ii/ωi)(cos(ωit1+φi)-cos(ωit2+φi))。若ts為抽樣窗口的中心時(shí)間并且2Δt＝(t2-t1)為窗口寬度，則Q1＝(2sin(ωiΔt/ωi)Iisin(ωits+φi)＝2Δt(sin(ωiΔt)/(ωiΔt))Iisin(ωits+φi)。
和ts處的第i個(gè)分量的瞬時(shí)值Ii(ts)＝Iisin(ωits+φi)相比，差ki＝2Δt(sin(ωiΔt/ω1Δt))，即一個(gè)取決于頻率ωi和Δt的抽樣系數(shù)。借助于該系數(shù)，已經(jīng)準(zhǔn)確地抽樣時(shí)刻ts處的第i個(gè)頻率分量。由于所有的頻率分量都在ts時(shí)刻抽樣，該電容器上的總電荷自然地代表ts時(shí)刻的信號(hào)抽樣，即ts是等效抽樣時(shí)間點(diǎn)。該CS電路的頻率響應(yīng)取決于函數(shù)sin(ωiΔt/ωiΔt)，如圖1C中示出。它的3dB帶寬等于Δf3dB＝1.4/(2πΔt)，即對(duì)于一個(gè)450ps的抽樣窗口為1GHz，并和分辨率無關(guān)。然而，對(duì)于電壓抽樣，對(duì)于一個(gè)1GHz時(shí)的8比特分辨率，抽樣孔徑必須小于1ps。由于函數(shù)sin(ωiΔt/ωiΔt)是良好定義的，頻率補(bǔ)償變成可能。一種方法是抽樣前讓該模擬信號(hào)通過一個(gè)頻響特性為(ωiΔt)/sin(ωiΔt)的網(wǎng)絡(luò)。另一種替代是在A/D轉(zhuǎn)換后采用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)以補(bǔ)償該頻率響應(yīng)。
此外，一種帶通電荷抽樣(BPCS)電路包括二個(gè)開關(guān)，一個(gè)加權(quán)與抽樣(W&S)元件，一個(gè)積分器和一個(gè)生成時(shí)鐘、反向時(shí)鐘、W&S信號(hào)和復(fù)位信號(hào)的控制信號(hào)發(fā)生器。差分信號(hào)的二端分別施加到二個(gè)開關(guān)的輸入端。這二個(gè)分別由該時(shí)鐘和該反向時(shí)鐘控制的開關(guān)交替地接通。二個(gè)開關(guān)的輸出饋送到該W&S元件輸入端。W&S元件的輸出饋送到積分器的輸入端。它工作在三個(gè)相繼的階段復(fù)位、抽樣和保持。在復(fù)位階段，該積分器由復(fù)位信號(hào)復(fù)位。每個(gè)抽樣階段包括n個(gè)時(shí)鐘周期，在其期間信號(hào)電流在該W&S元件上加權(quán)并在該積分器中加以積分。在保持階段期間保持積分器的輸出。
圖2A中示出帶通電荷抽樣(BPCS)電路5的一個(gè)實(shí)施例。它包括二個(gè)開關(guān)2A和2B，一個(gè)加權(quán)與抽樣(W&S)元件6，一個(gè)積分器3以及一個(gè)生成時(shí)鐘、反向時(shí)鐘、W&S信號(hào)和復(fù)位信號(hào)的控制信號(hào)發(fā)生器7。差分模擬信號(hào)的二端分別施加到開關(guān)2A和2B的輸入端。分別由該時(shí)鐘和該反向時(shí)鐘控制的開關(guān)2A和2B交替地接通。開關(guān)2A和2B的輸出都饋送到W&S元件6的輸入端。通過W&S元件6的電流由W&S信號(hào)控制。W&S元件6的輸出饋送到積分器3的輸入端。每個(gè)BPCS過程涉及三個(gè)相繼的階段復(fù)位、抽樣和保持。圖2B示出這些工作波形。在復(fù)位階段期間，積分器被復(fù)位。每個(gè)抽樣階段包括n個(gè)構(gòu)成一個(gè)抽樣窗口的時(shí)鐘周期。通過W&S元件的信號(hào)電流在該抽樣窗口之外時(shí)等于零，而當(dāng)在該抽樣窗口內(nèi)時(shí)根據(jù)加權(quán)函數(shù)(常數(shù)、線性、高斯或其它函數(shù))加權(quán)。該加權(quán)函數(shù)取決于W&S元件和W&S信號(hào)的組合。圖2B示出的三種和三種加權(quán)函數(shù)(常數(shù)、線性和高斯)對(duì)應(yīng)的W&S信號(hào)具體地用于一個(gè)W&S元件的情況，在該元件中電流通過W&S信號(hào)線性地控制。在保持階段期間，保持積分器3的輸出電壓以供其它使用。
圖3中示出一個(gè)差分BPCS電路8。如所連接那樣，它包括四個(gè)開關(guān)2A、2B、2C、2D，一個(gè)差分W&S(D-W&S)元件9，一個(gè)差分積分器10以及一個(gè)控制信號(hào)發(fā)生器7。所示類型的D-W&S元件9包括二個(gè)并聯(lián)的W&S元件6A和6B，并且所示類型的差分積分器包括二個(gè)并聯(lián)的積分器3A和3B。D-W&S元件9和差分積分器10可以為其它類型。除了差分地產(chǎn)生二個(gè)輸出外，差分BPCS電路8的工作方式和單端BPCS電路5的工作方式相同。差分BPCS 8有效地消除共模效應(yīng)并且給出更加準(zhǔn)確的結(jié)果。
圖4示出一個(gè)并聯(lián)差分BPCS電路11。如所連接的那樣，它包括四個(gè)開關(guān)2A、2B、2C和2D，若干D-W&S元件9A、9B、…、9X，若干差分積分器10A、10B、…、10X，一個(gè)多路復(fù)用器(MUX)12和一個(gè)控制信號(hào)生成器13。每對(duì)D-W&S元件和差分積分器，9A+10A、9B+10B、…、9X+10X，和開關(guān)2A、2B、2C、2D一起以和差分BPCS電路8相同的方式工作。由控制信號(hào)發(fā)生器13生成的送至這些對(duì)中的W&S信號(hào)和復(fù)位信號(hào)在時(shí)間上是均勻交錯(cuò)的。在來自控制信號(hào)生成器13的多路復(fù)用信號(hào)的控制下，MUX 12把處于保持狀態(tài)下的差分積分器10A、10B、…、10X的輸出多路復(fù)用到差分輸出上?？偟膩碚f，該并聯(lián)BPCS電路給出更高的抽樣速率并且使得二個(gè)相繼抽樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔可能小于抽樣窗口。如果去掉開關(guān)2C和2D，并且用單端型式替代這些差分W&S元件以及差分積分器，它變成并聯(lián)式單端BPCS電路。
圖5中示出BPCS電路的濾波器功能。從上至下，頻率從DC增加到3fc，其中fc是時(shí)鐘頻率。注意在負(fù)時(shí)鐘階段相同信號(hào)反相連接，在該圖中對(duì)此是通過改變信號(hào)符號(hào)來反映的。在圖5中分別地列出在n個(gè)時(shí)鐘周期中積分產(chǎn)生的各電荷的，即各區(qū)域和的，歸一化振幅。很明顯，對(duì)于頻率遠(yuǎn)高于或遠(yuǎn)低于fc的輸入信號(hào)，電荷幾乎彼此完全抵消，造成幾乎為零的輸出。對(duì)于某些頻率的鏡象fc/4、fc/2、2fc、…、的輸入信號(hào)，不論它們的相位如何這些電荷完全抵消。對(duì)于頻率在fc附近的輸入信號(hào)，這些電荷只會(huì)部分抵消。當(dāng)fin＝fc時(shí)，若和fc同相則電荷彼此全部相加，而它和fc相位差π/2時(shí)(圖5中未示出)則彼此全部抵消。存在一個(gè)在其中可以有效地積分信號(hào)電荷的帶寬。在該帶寬以外，信號(hào)電荷或者全部地或者明顯地抵消。這明顯地是一種濾波器功能。這意味著在該帶寬之外的頻率下的噪聲也會(huì)被抵消。
在圖6A中示出BPCS電路的理想頻率響應(yīng)，它對(duì)應(yīng)于抽樣窗口中信號(hào)電流的數(shù)學(xué)上準(zhǔn)確的積分。在圖6A中，假定n＝10并且為常數(shù)加權(quán)，這意味著在10個(gè)時(shí)鐘周期的抽樣窗口中對(duì)電流的加權(quán)保持不變。另外，圖6A示出從fin＝0到fin＝8fc的頻率響應(yīng)，其中y軸是用整個(gè)頻率范圍中的最大輸出振幅歸一化后的差分頻率分量的最大輸出振幅，而x軸是用fc歸一化后的輸入頻率?？梢钥闯鰂in＞2fc后重復(fù)相同的頻率響應(yīng)但振幅更低。對(duì)于2(p-1)fc≤fin≤2pfc，輸出頻率fout等于|fin-(2p-1)fc|，其中p是一個(gè)整數(shù)(≥1)。當(dāng)fin＝(2p-1)fc時(shí)，輸出是一個(gè)DC電壓，并且它的振幅取決于fin和fc的相位關(guān)系。對(duì)于一個(gè)給定的p，當(dāng)(2p-1)fc-fin1＝fin2-(2p-1)fc時(shí)，對(duì)于輸入頻率fin1(＜(2p-1)fc)和fin2(＞(2p-1)fc)，得到相同的輸出頻率，但是它們的相位不同。圖6B示出fc＝1000MHz下和I(實(shí)線所示)相位和Q(虛線所示)相位下差分輸入頻率處的輸出抽樣波形。它示出BPCS電路同時(shí)是一個(gè)濾波器、一個(gè)混頻器和一個(gè)抽樣器。
在圖7A和圖7B中，分別示出n＝50和n＝500的常數(shù)加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)。圖7A示出n＝50的在0＜fin＜2fc范圍內(nèi)的以及在0.95fc＜fin＜1.05fc的小范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)。圖7B示出n＝500的0＜fin＜2fc范圍內(nèi)的以及0.995 fc＜fin＜1.005fc小范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)?？梢钥闯鰧?duì)于n＝50，Δf3dB＝0.018fc而對(duì)于n＝500，Δf3dB＝0.0018fc，即帶寬和n成反正。隨著n的增大遠(yuǎn)端頻率分量的振幅減小，但在這二種情況中最大相鄰峰值幾乎保持不變，約為-13dB。
圖8A和圖8B分別示出n＝50和n＝500的線性加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)。線性加權(quán)意味著在抽樣階段期間，對(duì)稱于抽樣窗口的中心先線性增加并接著線性減小對(duì)電流的加權(quán)。圖8A示出n＝50的0＜fin＜2fc范圍內(nèi)的以及0.9fc＜fin＜1.1fc小范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)。圖8B示出n＝500的0＜fin＜2fc范圍內(nèi)的以及0.99fc＜fin＜1.01fc小范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)?？梢钥闯鰧?duì)于n＝50，Δf3dB＝0.025 fc而對(duì)于n＝500，Δf3dB＝0.0025fc，和常數(shù)加權(quán)情況相比略微增大。隨著n的增加遠(yuǎn)端頻率分量的振幅迅速減小。和常數(shù)加權(quán)情況相比，最大相鄰峰值分別下降到-26dB和-27dB。
在圖9A和圖9B中，示出高斯加權(quán)BPCS電路的理想頻率響應(yīng)。高斯加權(quán)意味著在抽樣階段期間，對(duì)稱于抽樣窗口的中心，對(duì)電流的加權(quán)根據(jù)一給定σ下的高斯函數(shù)exp(-t2/2σ2)變化。比值Δt/σ是加權(quán)參數(shù)，其中Δt是抽樣窗口的二分之一而σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖9A分別示出0＜fin＜2fc范圍內(nèi)的n＝75且Δt/σ＝3.5的以及n＝87且Δt/σ＝4的頻率響應(yīng)。二者的3dB帶寬都是0.025fc。圖9B分別示出0.9fc＜fin＜1.1fc范圍內(nèi)的n＝750且Δt/σ＝3.5的以及n＝870且Δt/σ＝4的頻率響應(yīng)。二者的3dB帶寬都是0.0025fc。在高斯加權(quán)下，遠(yuǎn)端頻率分量的振幅以及相鄰峰值明顯減小。最大相鄰峰值在-61dB至-78dB的范圍內(nèi)。
圖10中示出利用n-MOS(N溝道金屬氧化半導(dǎo)體)晶體管對(duì)差分BPCS電路8的核心的實(shí)現(xiàn)14。這些定時(shí)開關(guān)是n-MOS晶體管15A、15B、15C和15D。W&S元件組是n-MOS晶體管16A和16B。復(fù)位開關(guān)組是n-MOS晶體管18A和18B。各電容器是單芯片MOS電容器17A和17B。時(shí)鐘是正弦波，但是也可以使用準(zhǔn)方波。實(shí)現(xiàn)14在全部CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝下完成。然而，在該HSPICE模擬中采用0.8μm CMOS工藝的參數(shù)組。下面三種實(shí)現(xiàn)基于實(shí)現(xiàn)14但具有特定的元件值及W&S信號(hào)參數(shù)。
圖11A示出fc＝1000MHz下n＝10的常數(shù)加權(quán)的實(shí)現(xiàn)19。定時(shí)開關(guān)組是n-MOS晶體管20A、20B、20C和20D。W&S元件組是n-MOS晶體管21A和21B。復(fù)位開關(guān)組是n-MOS晶體管23A和23B。它們?nèi)哂凶钚』叽纾?μm/0.8μm(寬度/長(zhǎng)度)。電容器組是MOS電容器22A和22B，都為40pF。常數(shù)加權(quán)W&S信號(hào)的寬度是10ns，對(duì)應(yīng)于n＝10。最大差分輸出抽樣電壓約為100mV。圖11B示出對(duì)于fin＝900-1100MHz的理論頻率響應(yīng)(實(shí)線)和HSPICE模擬頻率響應(yīng)(虛線)。模擬頻率響應(yīng)緊密跟隨理論頻率響應(yīng)緊密一致。在這二種情況中，最大相鄰峰值為-13dB并且Δf3dB＝18MHz。
在圖12A中，示出fc＝1000兆赫下n＝59的線性加權(quán)的實(shí)現(xiàn)24。定時(shí)開關(guān)組是n-MOS晶體管25A、25B、25C和25D，它們的尺寸都增加到10μm/0.8μm。這使得信號(hào)電流由W&S元件而不是由開關(guān)主導(dǎo)。W&S元件組是n-MOS晶體管21A和21B，尺寸為2μm/0.8μm。復(fù)位開關(guān)是n-MOS晶體管23A和23B，尺寸為2μm/0.8μm。電容器組是MOS電容器22A和22B，都為40pF。線性加權(quán)W&S信號(hào)的寬度是59ns，對(duì)應(yīng)于n＝59。最大差分輸出抽樣電壓約為100mV。圖12B示出對(duì)于fin＝900-1100MHz的理論頻率響應(yīng)(實(shí)線)和HSPICE模擬頻率響應(yīng)(虛線)。模擬頻率響應(yīng)基本上和理論頻率響應(yīng)相一致。二者都具有Δf3dB＝21MHz。但是，對(duì)于實(shí)現(xiàn)24其最大相鄰峰值為-30dB，這小于理論響應(yīng)。這是因?yàn)閚-MOS晶體管21A或21B的電導(dǎo)對(duì)于線性W&S信號(hào)不是非常線性的。實(shí)際的加權(quán)函數(shù)以某種方式在線性加權(quán)和高斯加權(quán)之間。
在圖13A中示出fc＝1000MHz下n＝599的線性加權(quán)的實(shí)現(xiàn)26。定時(shí)開關(guān)組是n-MOS晶體管25A、25B、25C和25D，尺寸為10μm/0.8μm。W&S元件是n-MOS晶體管27A和27B，尺寸為2μm/16μm。注意把27A和27B的長(zhǎng)度增加到16μm以限制如此長(zhǎng)的充電周期(599ns)期間的信號(hào)電流和電容器電壓。復(fù)位開關(guān)組是n-MOS晶體管23A和23B，尺寸為2μm/0.8μm。電容器組是MOS電容器28A和28B，都為20pF。線性加權(quán)W&S信號(hào)的寬度是599ns，對(duì)應(yīng)于n＝599。最大差分輸出抽樣電壓約為100mV。圖13B示出對(duì)于fin＝990-1010MHz的理論頻率響應(yīng)(實(shí)線)和HSPICE模擬頻率響應(yīng)(虛線)。模擬頻率響應(yīng)基本上和理論頻率響應(yīng)相一致。二者都具有Δf3dB＝2MHz。出于上面提過的相同原因，實(shí)現(xiàn)26的最大相鄰峰值為-30dB，這小于理論響應(yīng)。
圖14A和圖14B分別示出用于改進(jìn)輸出擺動(dòng)和線性度的有源積分器。在圖14A中示出單端有源積分器29。如所連接的那樣，它包括一個(gè)差分輸入單端輸出放大器30，一個(gè)反相器35，一個(gè)電容器31和開關(guān)32、33、34。有源積分器總是把信號(hào)輸入保持為虛地，以消除電容器電壓對(duì)信號(hào)電流的影響。放大器30的帶寬只需要覆蓋信號(hào)基帶不必覆蓋載波，這使它是行得通的。反相器35利用復(fù)位信號(hào)作為輸入，生成帶有延遲的反相復(fù)位信號(hào)以控制開關(guān)33，同時(shí)復(fù)位信號(hào)控制開關(guān)32和34。在復(fù)位階段期間，開關(guān)32和34接通，而開關(guān)33斷開。電容器31的電壓復(fù)位到放大器30的輸入偏置電壓。在抽樣階段期間，開關(guān)32和34斷開而開關(guān)33接通。電容器31由信號(hào)電流充電。同時(shí)，抵消放大器30的偏置電壓。在圖14B中示出一個(gè)差分有源積分器36。它包括一個(gè)差分輸入差分輸出放大器37，二個(gè)電容器31A和31B，一個(gè)反相器35以及開關(guān)32A、32B、33A、33B、34A、34B。除了使用差分輸入信號(hào)并且給出差分輸出外，它的工作方式基本上和積分器29一樣。積分器29可以替代圖1A中的積分器3，而積分器36可以替代圖3中的積分器10。
圖15示出二級(jí)BPCS電路38。它包括一個(gè)第一BPCS電路39，一個(gè)斬波電路40，一個(gè)放大器41，一個(gè)第二BPCS電路42以及一個(gè)產(chǎn)生第二時(shí)鐘的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器43。第一BPCS電路39和第二BPCS電路42可以是BPCS電路5、8、11、19、24和26中的任何類型。對(duì)于第一BPCS電路39，分別將一差分模擬信號(hào)的二端提供給它的二個(gè)輸入端，并且將一個(gè)第一時(shí)鐘信號(hào)施加給它的時(shí)鐘輸入端。從第一BPCS電路39產(chǎn)生具有一第一抽樣速率的一些信號(hào)抽樣并饋入斬波電路40。在第二時(shí)鐘的控制下，時(shí)間上對(duì)稱地對(duì)這些抽樣進(jìn)行斬波。從斬波電路40把具有等于斬波頻率的新載波頻率的斬波后信號(hào)饋入放大器41，并把放大后的差分信號(hào)分別饋到第二BPCS電路42的二個(gè)輸入端。在第二時(shí)鐘的控制下，第二BPCS電路42以一第二抽樣速率生成最后的抽樣輸出。二級(jí)BPCS電路38給出了性能替換上的靈活性?？梢曰诙?jí)BPCS電路38建立級(jí)數(shù)更多的BPCS電路。
在圖16中示出一種前端抽樣無線電接收機(jī)結(jié)構(gòu)44。它包括一個(gè)具有fpass＜2fc的低通濾波器，一個(gè)差分輸出低噪聲放大器(LNA)46，二個(gè)BPCS電路47A和47B，一個(gè)90°移相器48，以及一個(gè)本地振蕩器49。來自天線的無線電信號(hào)施加到低通濾波器45的輸入端。2fc以上的頻率分量大大減少。低通濾波器45的輸出饋入LNA 46以產(chǎn)生振幅足夠大的差分輸出。同時(shí)把差分輸出饋送到BPCS電路47A和47B的輸入端。在此同時(shí)，把本地振蕩器49生成的I時(shí)鐘信號(hào)饋入BPCS電路47A而把從該I時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)90°移相器48后生成的Q時(shí)鐘信號(hào)饋入BPCS電路47B。BPCS電路47A和47B分別產(chǎn)生I抽樣和Q抽樣，抽樣輸出可以或者立即轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或者供作進(jìn)一步處理。BPCS電路47A和47B可以是BPCS電路5、8、11、19、24和26之中的任一個(gè)。這些電路中的積分器可以是無源積分器或者可以是有源積分器。無線電接收機(jī)結(jié)構(gòu)44同時(shí)在前端具有濾波、混頻和抽樣功能，這減緩了對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的性能要求，避免了模擬濾波器并且高度應(yīng)用DSP能力。原則上，任何窄帶寬，即任何高Q值，是可能的?？梢匀菀椎鼐幎V波功能的中心頻率。這的確是一種帶有廣泛應(yīng)用范圍的超級(jí)無線電接收機(jī)結(jié)構(gòu)。
在CS和BPCS電路中使用的抽樣電容器比電壓抽樣電路中使用的電容器要大得多，從而噪聲低、電荷少和時(shí)鐘饋通低。
BPCS電路同時(shí)是濾波器、混頻器和抽樣器，從而能在射頻下工作?？梢酝ㄟ^時(shí)鐘頻率、數(shù)n和W&S信號(hào)的波形設(shè)定中心頻率、帶寬和相鄰選擇性，這尤其適用于前端抽樣無線電接收機(jī)和單芯片系統(tǒng)。
應(yīng)理解，盡管在本說明書中闡述了本發(fā)明的大量特征和特點(diǎn)以及本發(fā)明的功能細(xì)節(jié)，但本文之公開僅是示范性的而在下述權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)可在細(xì)節(jié)上做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種帶通電荷抽樣(BPCS)電路(5)，其特征在于用來控制差分模擬信號(hào)的第一端和第二端的控制信號(hào)發(fā)生器(7)，該差分模擬信號(hào)在加權(quán)與抽樣(W&S)階段期間響應(yīng)來自所述控制信號(hào)發(fā)生器(7)的W&S信號(hào)由W&S元件(6)進(jìn)行加權(quán)，其中僅當(dāng)所述W&S信號(hào)處于W&S階段時(shí)所述模擬信號(hào)的電流才通過所述W&S元件(6)，并且所述控制信號(hào)發(fā)生器(7)適用于控制將要在所述W&S階段期間由積分器(3)進(jìn)行積分的所述W&S元件(6)的輸出信號(hào)，其中所述W&S元件(6)的輸出信號(hào)的電流被積分成積分電荷，用以在所述W&S階段結(jié)束時(shí)在信號(hào)輸出端生成比例電壓或電流抽樣。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的帶通電荷抽樣(BPCS)電路(5)，其特征在于第一開關(guān)(2A)，該第一開關(guān)(2A)具有用于接收所述差分模擬信號(hào)的第一端的信號(hào)輸入端、和所述加權(quán)與抽樣(W&S)元件(6)的信號(hào)輸入端相連的信號(hào)輸出端、以及和所述控制信號(hào)發(fā)生器(7)的時(shí)鐘輸出端連接以便控制該開關(guān)(2A)使之僅當(dāng)接收到時(shí)鐘信號(hào)時(shí)才接通的控制輸入端；第二開關(guān)(2B)，該第二開關(guān)(2B)具有用于接收所述差分模擬信號(hào)的第二端的信號(hào)輸入端、和所述加權(quán)與抽樣(W&S)元件(6)的所述信號(hào)輸入端連接的信號(hào)輸出端、以及和所述控制信號(hào)發(fā)生器(7)的反向時(shí)鐘輸出端連接用以控制該開關(guān)(2B)使之僅當(dāng)接收到時(shí)鐘信號(hào)時(shí)才接通的控制輸入端；所述加權(quán)與抽樣(W&S)元件(7)具有和所述控制信號(hào)發(fā)生器的W&S信號(hào)輸出端連接的控制輸入端，其中僅當(dāng)所述W&S信號(hào)處于包含n個(gè)所述時(shí)鐘的周期的W&S階段時(shí)所述模擬信號(hào)的電流才通過所述W&S元件(6)，并且所述W&S信號(hào)按常數(shù)、線性、高斯或其它的加權(quán)函數(shù)控制所述模擬信號(hào)的電流；以及具有與所述W&S元件(6)的輸出端連接的信號(hào)輸入端和與所述控制信號(hào)發(fā)生器(7)的復(fù)位信號(hào)輸出端連接的控制輸入端的積分器。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2的帶通電荷抽樣(BPCS)電路(5)，其特征在于該控制信號(hào)發(fā)生器(7)適用于控制該積分器，以便在開始所述復(fù)位信號(hào)的復(fù)位階段之前保留抽樣。
4.依據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求的帶通電荷抽樣(BPCS)電路(5)，其特征在于，所述抽樣代表所述模擬信號(hào)的基帶內(nèi)容，并且對(duì)于2(p-1)fc≤fin≤pfc，輸出頻率為fout＝|fin-(2p-1)fc|，其中fin是所述模擬信號(hào)的頻率分量，fc是所述時(shí)鐘的頻率，而p是≥1的整數(shù)，并且所述輸出頻率的相位取決于所述fin的相位和所述fc的相位，且p＝1定義主頻率響應(yīng)范圍，而且對(duì)于p＞1頻率響應(yīng)重復(fù)相同的波形但振幅減小，而對(duì)于給定的p，當(dāng)(2p-1)fc-fin1＝fin2-(2p-1)fc時(shí)對(duì)頻率fin1(＜(2p-1)fc)和fin2(＞(2p-1)fc)得到相同的輸出頻率但相位不同，并且所述頻率響應(yīng)的帶寬和波形取決于所述n(n越大，帶寬越窄)和所述加權(quán)函數(shù)(常數(shù)、線性、高斯或其它函數(shù))，所述BPCS電路同時(shí)是濾波器、混頻器和抽樣器。
5.一種差分帶寬電荷抽樣(BPCS)電路(8)，其特征在于依據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的第一和第二BPCS電路，其中所有BPCS電路的控制信號(hào)發(fā)生器由公用的控制信號(hào)發(fā)生器(7)替代，所述第一BPCS電路的第一信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸入端分別和所述第一BPCS電路的第二輸入端和第一輸入端連接，并且該第一信號(hào)輸入端、第二信號(hào)輸入端、所述第一BPCS電路的信號(hào)輸出端和所述第二BPCS電路的信號(hào)輸出端是所述差分帶寬電荷抽樣(BPCS)電路的第一信號(hào)輸入端、第二信號(hào)輸入端、第一信號(hào)輸出端和第二信號(hào)輸出端。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的差分帶通電荷抽樣(BPCS)電路(8)，其特征在于，所述第一BPCS電路和所述第二BPCS電路中的積分器(3A，3B)合并成一個(gè)單獨(dú)的差分積分器(10)，該差分積分器(10)用于對(duì)所述模擬信號(hào)的差分電流積分并且在所述差分BPCS電路的所述第一信號(hào)輸出端和所述第二信號(hào)輸出端產(chǎn)生差分抽樣。
7.一種包括若干依據(jù)權(quán)利要求1-4的BPCS電路的并聯(lián)BPCS電路(11)，其特征在于，所有第一信號(hào)輸入端連接在一起作為所述并聯(lián)BPCS電路的第一信號(hào)輸入端，用以接收差分模擬信號(hào)的第一端，所有第二信號(hào)輸入端連接在一起作為所述并聯(lián)BPCS電路的第二信號(hào)輸入端，用以接收差分模擬信號(hào)的第二端，所有第一開關(guān)分立或者合并，所有第二開關(guān)分立或者合并，且所述BPCS電路中的所有控制信號(hào)發(fā)生器被公用控制信號(hào)發(fā)生器(13)所代替，以及多路復(fù)用器(11)，該多路復(fù)用器(11)具有和所述BPCS電路的信號(hào)輸出端連接的所述若干信號(hào)輸入端、和所述公用控制信號(hào)發(fā)生器的多路復(fù)用信號(hào)輸出端連接的控制輸入端、以及信號(hào)輸出端，該多路復(fù)用器用于當(dāng)所述BPCS電路的信號(hào)輸出處于保持階段時(shí)將所述BPCS電路的輸出多路復(fù)用到該信號(hào)輸出端，其中該信號(hào)輸出端是所述并聯(lián)BPCS電路的信號(hào)輸出端，而且所述并聯(lián)BPCS電路提高抽樣速率并使二個(gè)相繼抽樣點(diǎn)之間的時(shí)間間距變小，而且該并聯(lián)BPCS電路是單端型。
8.一種包括若干依據(jù)權(quán)利要求5或6的BPCS電路的并聯(lián)BPCS電路(11)，其特征在于，所有第一信號(hào)輸入端連接在一起作為所述并聯(lián)BPCS電路的第一信號(hào)輸入端，用以接收差分模擬信號(hào)的第一端，所有第二信號(hào)輸入端連接在一起作為所述并聯(lián)BPCS電路的第二信號(hào)輸入端，用以接收差分模擬信號(hào)的第二端，所述第一BPCS電路中的所有第一開關(guān)分立或者合并，所述第一BPCS電路中的所有第二開關(guān)分立或者合并，所述第二BPCS電路中的所有第一開關(guān)分立或者合并，所述第二BPCS電路中的所有第二開關(guān)分立或者合并，所述BPCS電路中的所有控制信號(hào)發(fā)生器被公用控制信號(hào)發(fā)生器所代替，以及多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器具有和所述BPCS電路的信號(hào)輸出端對(duì)連接的所述若干信號(hào)輸入端對(duì)、和所述公用控制信號(hào)發(fā)生器的多路復(fù)用信號(hào)輸出端連接的控制輸入端、以及一對(duì)輸出端，該多路復(fù)用器用于當(dāng)所述BPCS電路的信號(hào)輸出對(duì)處于保持階段時(shí)將所述BPCS電路的輸出對(duì)多路復(fù)用到該信號(hào)輸出端對(duì)，其中該信號(hào)輸出端對(duì)是所述并聯(lián)BPCS電路的信號(hào)輸出端對(duì)，而且所述并聯(lián)BPCS電路提高抽樣速率并使二個(gè)相繼抽樣點(diǎn)之間的時(shí)間間距變小，其中該并聯(lián)BPCS電路是差分型。
9.一種包括若干依據(jù)權(quán)利要求7或8的BPCS電路的并聯(lián)BPCS電路，其特征在于控制信號(hào)發(fā)生器，該控制信號(hào)發(fā)生器具有時(shí)鐘輸入端、時(shí)鐘輸出端、反向時(shí)鐘輸出端、所述若干W&S信號(hào)輸出端、所述若干復(fù)位信號(hào)輸出端和所述若干多路復(fù)用信號(hào)輸出端，其中時(shí)鐘輸入端是所述并聯(lián)BPCS電路的時(shí)鐘輸入端，用于在與所述BPCS電路的所有第一開關(guān)的控制輸入端連接的所述公用信號(hào)控制發(fā)生器的時(shí)鐘輸出端處生成時(shí)鐘信號(hào)，并且用于在與所述BPCS電路的所有第二開關(guān)的控制輸入端連接的反向時(shí)鐘輸出端處生成反向時(shí)鐘，所述若干W&S信號(hào)輸出端和所述BPCS電路的所有W&S元件(9A-9X)的控制輸入端連接，所述若干復(fù)位信號(hào)輸出端和所述BPCS電路的所有積分器(10A-10X)的控制輸入端連接，并且所述若干多路復(fù)用信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、抽樣信號(hào)和多路復(fù)用信號(hào)是均勻時(shí)距的。
10.一種包括依據(jù)前面的權(quán)利要求1-6或7-9中的任一權(quán)利要求的第一和第二BPCS電路(39，42)的二級(jí)BPCS電路，其特征在于第一信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸入端，用于分別在所述第一BPCS電路(39)中接收差分模擬信號(hào)的第一端和第二端，以便在所述第一BPCS電路的信號(hào)輸出端或者信號(hào)輸出端對(duì)處以第一抽樣速率產(chǎn)生信號(hào)抽樣；斬波電路(40)，用于在它的信號(hào)輸出端或者輸出端對(duì)處按照與所述第一抽樣速率相等的時(shí)鐘信號(hào)頻率，在時(shí)間上對(duì)稱地對(duì)來自第一BPCS電路(39)的信號(hào)斬波，差分輸出放大器(41)，用于在它的信號(hào)輸出端對(duì)處差分地放大來自該斬波電路的信號(hào)；以及所述第二BPCS的第一信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸入端與所述放大器(41)的信號(hào)輸出端對(duì)連接，用以在信號(hào)輸出端或輸出端對(duì)處按照第二抽樣速率產(chǎn)生信號(hào)抽樣。
11.依據(jù)權(quán)利要求10的二級(jí)BPCS電路，其特征在于具有時(shí)鐘輸入端的時(shí)鐘發(fā)生器(43)，用于接收由第一BPCS電路(39)使用的第一時(shí)鐘信號(hào)，并且用于生成同時(shí)饋入所述斬波電路的時(shí)鐘輸入端以及所述第二BPCS電路的時(shí)鐘輸入端的第二時(shí)鐘信號(hào)。
12.在依據(jù)權(quán)利要求1-11的任一種所述BPCS電路中的積木式配置，其特征在于所述開關(guān)的n-MOS配置，包括n-MOS晶體管，其漏極作為信號(hào)輸入端，柵極作為控制輸入端而源極作為信號(hào)輸出端；以及所述開關(guān)的CMOS配置，包括n-MOS晶體管和p-MOS晶體管，它們的漏極互相連接作為信號(hào)輸入端，它們的源極互相連接作為信號(hào)輸出端，而所述n-MOS晶體管的柵極作為控制輸入端；反相器，它的輸入端和所述n-MOS晶體管的柵極連接并且它的輸出端和所述p-MOS晶體管的柵極連接；所述W&S元件的配置，包括n-MOS晶體管，其漏極作為信號(hào)輸入端，柵極作為控制輸入端而源極作為信號(hào)輸出端；所述積分器的無源式配置，包括其第一端作為信號(hào)輸入端并且第二端接地的電容器；在需要時(shí)插入在所述信號(hào)輸入端和所述電容器的第一端之間的選用電阻器；n-MOS晶體管，其漏極和源極分別和所述電容器的第一端和第二端連接，并且柵極作為控制輸入端；所述差分積分器的無源式配置，包括所述積分器的第一無源配置，其信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端分別作為所述差分積分器的第一信號(hào)輸入端和第一信號(hào)輸出端；以及所述積分器的第二無源配置，其信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端分別作為所述差分積分器的第二信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸出端；所述積分器的有源式配置，包括差分輸入單端輸出放大器，其正輸入端接地，負(fù)輸入端作為所述積分器的信號(hào)輸入端，并且其輸出端作為所述積分器的信號(hào)輸出端；其第一端和所述差分輸入單端輸出放大器的負(fù)輸入端連接的電容器；其輸入端作為所述積分器的控制輸入端的反相器；所述開關(guān)的第一n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述差分輸入單端輸出放大器的負(fù)輸入端連接，控制輸入端和所述積分器的控制輸入端連接，并且信號(hào)輸出端和所述差分輸入單端輸出放大器的輸出端連接；所述開關(guān)的第二n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述電容器的第二端連接，控制輸入端和所述積分器的控制輸入端連接，并且信號(hào)輸出端接地；所述開關(guān)的第三n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述電容器的第二端連接，控制輸入端和所述反相器的輸出端連接而信號(hào)輸出端和所述差分輸入單端輸出放大器的輸出端連接；以及在需要時(shí)插入在所述積分器的信號(hào)輸入端和所述差分輸入單端輸出放大器的負(fù)輸入端之間的選用電阻器；所述差分積分器的有源式配置，包括差分輸入差分輸出放大器，其負(fù)輸入端、正輸入端、正輸出端和負(fù)輸出端是所述差分積分器的第一信號(hào)輸入端、第二信號(hào)輸入端、第一信號(hào)輸出端和第二信號(hào)輸出端；第一電容器，其第一端和所述差分輸入差分輸出放大器的負(fù)輸入端連接；第二電容器，其第一端和所述差分輸入差分輸出放大器的正輸入端連接；反相器，其輸入端作為所述差分積分器的控制輸入端；所述開關(guān)的第一n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述差分輸入差分輸出放大器的負(fù)輸入端連接，控制輸入端和所述差分積分器的控制輸入端連接并且信號(hào)輸出端和所述差分輸入差分輸出放大器的正輸出端連接；所述開關(guān)的第二n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述第一電容器的第二端連接，控制輸入端和所述差分積分器的控制輸入端連接并且信號(hào)輸出端接地；所述開關(guān)的第三n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述第一電容器的第二端連接，控制輸入端和所述反相器的輸出端連接并且信號(hào)輸出端和所述差分輸入差分輸出放大器的正輸出端連接；所述開關(guān)的第四n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述差分輸入差分輸出放大器的正輸入端連接，控制輸入端和所述差分積分器的控制輸入端連接并且信號(hào)輸出端和所述差分輸入差分輸出放大器的負(fù)輸出端連接；所述開關(guān)的第五n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述第二電容器的第二端連接，控制輸入端和所述差分積分器的控制輸入端連接并且信號(hào)輸出端接地；所述開關(guān)的第六n-MOS配置或CMOS配置，其信號(hào)輸入端和所述第二電容器的第二端連接，控制輸入端和所述反相器的輸出端連接并且信號(hào)輸出端和所述差分輸入差分輸出放大器的負(fù)輸出端連接；當(dāng)需要時(shí)插入在所述差分積分器的第一信號(hào)輸入端和所述差分輸入差分輸出放大器的負(fù)輸入端之間的第一選用電阻器；以及當(dāng)需要時(shí)插入在所述差分積分器的第二信號(hào)輸入端和所述差分輸入差分輸出放大器的正輸入端之間的第二選用電阻器。
13.一種包括依據(jù)權(quán)利要求1-11的第一和第二BPCS電路的前端抽樣無線電接收機(jī)設(shè)備，其特征在于包括帶寬高達(dá)時(shí)鐘頻率之二倍的、用于接收并且濾波無線電信號(hào)的低通濾波器(45)；用于從該經(jīng)濾波的信號(hào)產(chǎn)生差分放大的無線電信號(hào)的低噪聲放大器(46)；用于在它的信號(hào)輸出端產(chǎn)生I時(shí)鐘信號(hào)的本地振蕩器(49)；其信號(hào)輸入端和本地振蕩器(49)連接的π/2移相器(48)，用于在其信號(hào)輸出端處生成相對(duì)于所述I時(shí)鐘信號(hào)振幅相等但相位差π/2的Q時(shí)鐘信號(hào)；所述低噪聲放大器(46)的信號(hào)輸出端對(duì)的二端都連接到第一BPCS電路(47A)和第二BPCS電路(47B)，所述I時(shí)鐘信號(hào)輸出端和所述第一BPCS電路(47A)的時(shí)鐘輸入端連接，并且所述Q時(shí)鐘信號(hào)輸出端和所述第二BPCS電路(47B)的時(shí)鐘輸入端連接，用于在所述第一BPCS電路(47A)的信號(hào)輸出端或輸出端對(duì)處產(chǎn)生所述無線電信號(hào)的基帶I抽樣和在所述第二BPCS電路(47B)的信號(hào)輸出端或輸出端對(duì)處產(chǎn)生所述無線電信號(hào)的基帶Q抽樣。
14.依據(jù)權(quán)利要求13的前端抽樣無線電接收機(jī)設(shè)備，其特征在于所述本地振蕩器(49)、所述移相器(48)以及所述第一和第二BPCS電路(47A，47B)的時(shí)鐘發(fā)生器相組合以便更有效地和更準(zhǔn)確地產(chǎn)生差分I時(shí)鐘信號(hào)和Q時(shí)鐘信號(hào)；所述基帶I抽樣和Q抽樣由二個(gè)分立的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器或者單個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便多路復(fù)用成數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)由數(shù)字信號(hào)處理(DSP)部件處理；以及所述前端抽樣無線電接收機(jī)設(shè)備是一種大大簡(jiǎn)化模擬部分并且其中高度利用DSP能力的高級(jí)無線電接收機(jī)設(shè)備。
15.一種電荷抽樣方法，其特征在于下述步驟在W&S階段期間對(duì)差分模擬信號(hào)的第一和第二端加權(quán)，在所述W&S階段期間積分加權(quán)后的信號(hào)，其中該加權(quán)后的信號(hào)的電流被積分成積分電荷；以及在所述W&S階段結(jié)束時(shí)產(chǎn)生比例電壓或電流抽樣。
全文摘要
一種電荷抽樣(CS)電路(1)，其包括一個(gè)用于控制至該電荷抽樣電路(1)的模擬輸入信號(hào)的控制信號(hào)發(fā)生器(4)，該模擬輸入信號(hào)在抽樣階段期間響應(yīng)來自該控制信號(hào)發(fā)生器的抽樣信號(hào)由一積分器(3)積分，其中該模擬輸入信號(hào)的電流被積分成積分電荷以在抽樣階段結(jié)束時(shí)于信號(hào)輸出端生成比例電壓或電流抽樣。
文檔編號(hào)H04B1/00GK1551505SQ200410059839
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2000年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月28日
發(fā)明者J·原, J 原 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司