专利名称：电荷域滤波器与滤波装置的制作方法
技术领域：
本发明是 有关于一种电荷域滤波器(charge domain filter)。
背景技术：
开关电容网络(switched—capacitor network)为离散时间信号处理(discrete time signal processing)中常见的一种电路，其中包括多个开关与多个电容。由导通、不 导通所述开关，使用者可控制所述电容储存电荷的状况，以对输入信号进行处理。开关电容网络常见于滤波技术中。相较于电容电阻式模拟滤波电路，开关电容网 络的滤波效果主要由其中各电容的尺寸比决定，并不需要使用到精确的电容、电阻元件。因 此，开关电容网络相当适合制作于芯片中。
发明内容
本发明提供一种电荷域滤波器。在一种实施方式中，电荷域滤波器包括一分相器、多个第一开关电容网络、多个第 二开关电容网络、以及一连接线路。分相器接收一第一输入信号以及一第二输入信号，以产 生关于该第一输入信号的多个第一分相信号、以及关于该第二输入信号的多个第二分相信 号。所述第一开关电容网络与所述第一分相信号一对一对应，各自具有一输入端接收所对 应的上述第一分相信号、且各自具有一输出端。所述第二开关电容网络与所述第二分相信 号一对一对应，各自具有一输入端接收所对应的上述第二分相信号、且各自具有一输出端。 连接线路负责配置上述第一开关电容网络的输出端与上述第二开关电容网络的输出端的 耦接状况，以产生多个输出信号。本发明亦揭露应用上述电荷域滤波器的一种滤波装置。在一种实施方式中，该滤 波装置包括串接的多级电荷域滤波器。各级电荷域滤波器包括一分相器、多个第一开关 电容网络、多个第二开关电容网络、以及一连接线路。以其中一级电荷域滤波器为例，其中 该分相器接收一第一输入信号以及一第二输入信号，以产生关于该第一输入信号的多个第 一分相信号、以及关于该第二输入信号的多个第二分相信号；所述第一开关电容网络与所 述第一分相信号一对一对应，各自具有一输入端接收所对应的上述第一分相信号、且各自 具有一输出端；所述第二开关电容网络与所述第二分相信号一对一对应，各自具有一输入 端接收所对应的上述第二分相信号、且各自具有一输出端；且该连接线路用于配置上述第 一开关电容网络的上述输出端与上述第二开关电容网络的上述输出端的耦接状况，以产生 至少两个输出信号为下一级电路的输入信号。本发明电荷域滤波器更可采用一种time-interleaving技术，此种电荷域滤波器 包括一分相器、多组第一开关电容网络、多组第二开关电容网络、以及一连接线路。该分相 器接收一第一输入信号以及一第二输入信号，以产生关于该第一输入信号的多个第一分相 信号、以及关于该第二输入信号的多个第二分相信号。上述各组第一开关电容网络与所述 第一分相信号一对一对应，且上述第一开关电容网络各自具有一输入端接收所对应的上述第一分相信号、且各自具有一输出端。上述各组第二开关电容网络与所述第二分相信号一 对一对应，且上述第二开关电容网络各自具有一输入端接收所对应的上述第二分相信号、 且各自具有一输出端。该连接线路用于配置上述第一开关电容网络的上述输出端与上述第 二开关电容网络的上述输出端的耦接状况，以产生多个输出信号。
附图说 明请配合下列附图、实施例的详细说明，将上述及本发明的其它目的与优点详述于 后，其中
图1是电荷域滤波器的一种实施方式；图2A与图2B是开关电容网络的一种实施方式；图3A是一种电荷域滤波器300 ；图3B是电荷域滤波器300对反相的输入信号的作用；图3C是电荷域滤波器300对同相的输入信号的作用；图4A是电荷域滤波器300的一种IIR设计的频率响应；图4B是电荷域滤波器300的一种FIR设计的频率响应；图4C是电荷域滤波器300的一种IIR设计的测试结果；图4D是电荷域滤波器300的一种FIR设计的测试结果；图5A是本案一种实施方式，其中采迭加电荷域滤波器实现一滤波装置；图5B是图5A滤波装置的频率响应；图6是电荷域滤波器的另一种实施方式；以及图7是电荷域滤波器的另一种实施方式，其中采time-interleaving技术。
具体实施例方式图1是一电荷域滤波器(charge domain filter) 100，包括一分相器102、多个第 一开关电容网络104_1···104_Ν、多个第二开关电容网络106_1···106_Ν、以及一连接线路 108。分相器102接收一第一输入信号Vl以及一第二输入信号V2，以产生关于该第一输入 信号Vl的多个第一分相信号I1L··· Ι1Ν、以及关于该第二输入信号V2的多个第二分相信 号121··· Ι2Ν。第一开关电容网络104_1... 104_Ν与第一分相信号111…IlN 一对一对应， 各自具有一输入端接收所对应的第一分相信号、且各自具有一输出端。第二开关电容网络 106_L··· 106_N与第二分相信号121··· I2N 一对一对应，各自具有一输入端接收所对应的第 二分相信号、且各自具有一输出端。连接线路108负责配置上述第一开关电容网络104_1··· 104_N的输出端与上述第二开关电容网络106_1··· 106_N的输出端的连接状况，以产生多个 输出信号OUTl…0UTK。分相器102可有多种实施方式。一种实施方式以转导(transconductance)装置实 现分相器102，其中，第一与第二输入信号Vl与V2为电压型式、而所述第一分相信号111··· IlN与所述第二分相信号121··· I2N为电流型式。此外，也可以混波器或其它具有分相功能 的装置实现分相器102。连接线路108可以多种连接方式连接上述第一开关电容电路104_1···104_N与 第二开关电容电路106_1··· 106_N的输出端。连接线路108可包括多个电子元件、电路、或走线，以间接或者直接连接上述第一开关电容电路104_1··· 104_N与第二开关电容电路 106_1···106_Ν的输出端，其中，不同的连接技术将产生不同的滤波效果。任何单输入单输出的开关电容网络(switched capacitor network)皆可用来实 现上述第一、第二开关电容电路104_1··· 104_N与106_1··· 106_N,且开关电容网络104_1··· 104_N与106_1···106_Ν无须全由同一型式的电路实现。由设计电荷域滤波器100内各个 开关电容网络(104_1···104_N与106_1···106_Ν)的结构，亦可产生不同的滤波效果。图2Α是一种单输入单输出开关电容网络200，图2Β为开关电容网络200的控制 信号的时序图。在控制信号clkL··· clkN的作用下，开关SL··· SN轮流导通，使信号IN对电 容CP"CN充电。接着，控制信号elk(N+1)令开关SS1"*SSN导通，使电容Co得以收集电容 CP"CN所储存的电荷信息。控制信号Rel负责导通开关RSIh'RSN，以重置电容CP"CN。 图2A的开关ENSl与RS(N+1)乃用来提高滤波器的频宽。控制信号EN负责设定 开关ENSl的状态。ENSl不导通时，电容Co内的电荷不会被重置，开关电容网络200为无限 脉冲响应滤波器(infinite impulse response filter, IIR filter)，频宽较低。ENSl 导 通时，电容Co内的电荷会随开关RS (N+1)的控制信号Rel重置，开关电容网络200为有限 脉冲响应滤波器(finite impulse response filter, FIR filter)，频宽较宽。开关 ENS2 与电容Ca控制有效电容(Ceff)，进而控制开关电容网络200的频宽，信号Va将调整输出端 OUT上耦接的总电容值(Co+Ceff (Ca，Va))。图3A是本案电荷域滤波器的另一种实施方式。电荷域滤波器300包括一分相器 302、两个第一开关电容网络304_1与304_2、两个第二开关电容网络306_1与306_2、以及 一连接线路308。分相器302包括两个转导装置GMl与GM2。转导装置GMl接收电压型式的 第一输入信号VI，将其转换为电流型式的一第一同相信号111 (与第一输入信号Vl同相) 与一第一反相信号112 (与第一输入信号Vl反相)。转导装置GM2接收电压型式的第二输入 信号V2，将其转换为电流型式的一第二同相信号122 (与第二输入信号V2同相)与一第二 反相信号121 (与第二输入信号V2反相)。连接线路308将第一同相信号111所对应的第 一开关电容网络304_1的输出端耦接第二反相信号121所对应的第二开关电容网络306_2 的输出端，以提供输出信号OUTl。此外，连接线路308将第一反相信号112所对应的第一开 关电容网络304_2的输出端耦接第二同相信号122所对应的第二开关电容网络306_1的输 出端，以提供输出信号0UT2。通过妥善设计第一、第二开关电容网络304_1、304_2、306_1、 306_2的内部结构，电荷域滤波器300不仅可有效滤除指定频宽外(stop-band)的信号，更 可有效滤除指定频宽内(in-band)的共模噪声(common-mode noise)、改善信号的不对称 (mismatch)效应、且消除偶数阶不理想信号。举例说明图3A电荷域滤波器300的功效。使用者可令接收器(receiver)所提 供的一正相接收信号与一反相接收信号作为图中所示的第一输入信号Vl与第二输入信号 V2。然而，信号Vl与V2通常不会完全为反相的信号，经常有共模噪声参杂其中。可假设第 一输入信号Vl包括正相资料信号+V与正相共模噪声+N，而第二输入信号V2包括反相资料 信号-V与正相共模噪声+N ；换言之，资料信号(V)在电荷域滤波器300的两个输入端为反 相，共模噪声(N)在电荷域滤波器300的两个输入端为同相。图3B示意输入端信号为反相 时，其输出端的信号状况。图3C示意输入端信号为同相时，输出端的信号状况。参阅图3B，当两输入端信号反相(例如，一为正(+)、另一为负(_))，则两输出端的信号为加强信号-一为(+) + (+)、一为(-)+ (_)。反之，参阅图3C，当两输入端信号同相(例 如，两者皆为正值信号(+))，则信号会在两输出端上削减-两者皆为(+) + (_)。此段举例更详细说明的电荷域滤波器300的应用，其中，电荷域滤波器300内的第 一/第二开关电容网络采用同一时脉、且以图2A、图2B所揭露的技术实现，且第一开关电容 网络304_1与304_2的电容参数采下标p，第二开关电容网络306_1与306_2的电容参数采 下标η。输入信号Vl与V2反相位(如，彼此反相的资料信号)时，转换函式可为无限脉冲滤波器Hsmra(Z)
权利要求
1.一种电荷域滤波器，包括分相器，接收第一输入信号以及第二输入信号，以产生关于该第一输入信号的多个第 一分相信号、以及关于该第二输入信号的多个第二分相信号；多个第一开关电容网络，与所述第一分相信号一对一对应，各自具有输入端接收所对 应的上述第一分相信号、且各自具有输出端；多个第二开关电容网络，与所述第二分相信号一对一对应，各自具有输入端接收所对 应的上述第二分相信号、且各自具有输出端；连接线路，配置上述第一开关电容网络的上述输出端与上述第二开关电容网络的上述 输出端的耦接状况，以产生多个输出信号。
2.如权利要求1所述的电荷域滤波器，其中，上述第一分相信号包括相对该第一输入 信号的第一同相信号以及第一反相信号，且上述第二分相信号包括相对该第二输入信号的 第二同相信号以及第二反相信号。
3.如权利要求2所述的电荷域滤波器，其中，该连接线路将该第一同相信号所对应的 第一开关电容网络的输出端耦接该第二反相信号所对应的第二开关电容网络的输出端，且 将该第一反相信号所对应的第一开关电容网络的输出端耦接该第二同相信号所对应的第 二开关电容网络的输出端。
4.如权利要求3所述的电荷域滤波器，其中，所述第一分相信号相对该第一输入信号 分别具有0°、90°、180°、以及270°的相位差，且所述第二分相信号相对该第二输入信 号分别具有0°、90°、180°、以及270°的相位差。
5.如权利要求4所述的电荷域滤波器，其中，该连接线路决定上述第一开关电容网络 的上述输出端与上述第二开关电容网络的上述输出端耦接至四个节点的状态，以于上述四 个节点提供上述输出信号。
6.如权利要求1所述的电荷域滤波器，其中，该连接线路包括走线与至少一电子元件 或电路，间接、或直接连接上述第一与第二开关电容电路的输出端。
7.一种滤波装置，包括串接的多级电荷域滤波器，其中，各级电荷域滤波器包括分相器，接收第一输入信号以及第二输入信号，以产生关于该第一输入信号的多个第 一分相信号、以及关于该第二输入信号的多个第二分相信号；多个第一开关电容网络，与所述第一分相信号一对一对应，各自具有输入端接收所对 应的上述第一分相信号、且各自具有输出端；多个第二开关电容网络，与所述第二分相信号一对一对应，各自具有输入端接收所对 应的上述第二分相信号、且各自具有输出端；连接线路，配置上述第一开关电容网络的上述输出端与上述第二开关电容网络的上述 输出端的耦接状况，以产生至少两个输出信号为下一级电路的输入信号。
8.如权利要求7所述的滤波装置，在各级电荷域滤波器中，上述第一分相信号包括相 对该第一输入信号的第一同相信号以及第一反相信号，且上述第二分相信号包括相对该第 二输入信号的第二同相信号以及第二反相信号。
9.如权利要求8所述的滤波装置，在各级电荷域滤波器中，该连接线路将该第一同相 信号所对应的第一开关电容网络的输出端耦接该第二反相信号所对应的第二开关电容网络的输出端，且将该第一反相信号所对应的第一开关电容网络的输出端耦接该第二同相信 号所对应的第二开关电容网络的输出端。
10.如权利要求7所述的滤波装置，在各级电荷域滤波器中，上述连接线路包括走线与 至少一电子元件或电路，间接、或直接连接上述第一与第二开关电容电路的输出端。
11.一种电荷域滤波器，包括分相器，接收第一输入信号以及第二输入信号，以产生关于该第一输入信号的多个第 一分相信号、以及关于该第二输入信号的多个第二分相信号；多组第一开关电容网络，各组与所述第一分相信号一对一对应，且上述第一开关电容 网络各自具有输入端接收所对应的上述第一分相信号、且各自具有输出端；多组第二开关电容网络，各组与所述第二分相信号一对一对应，且上述第二开关电容 网络各自具有输入端接收所对应的上述第二分相信号、且各自具有输出端；连接线路，配置上述第一开关电容网络的上述输出端与上述第二开关电容网络的上述 输出端的耦接状况，以产生多个输出信号。
12.如权利要求11所述的电荷域滤波器，其中，同组的第一开关电容网络的输出端耦 接在一起，且同组的第二开关电容网络的输出端耦接在一起。
13.如权利要求12所述的电荷域滤波器，其中，上述第一分相信号包括相对该第一输 入信号的第一同相信号以及第一反相信号，且上述第二分相信号包括相对该第二输入信号 的第二同相信号以及第二反相信号。
14.如权利要求13所述的电荷域滤波器，其中，该连接线路将该第一同相信号对应的 该组第一开关电容网络的输出端耦接该第二反相信号对应的该组第二开关电容网络的输 出端，且将该第一反相信号对应的该组第一开关电容网络的输出端耦接该第二同相信号对 应的该组第二开关电容网络的输出端。
15.如权利要求11所述的电荷域滤波器，其中，该连接线路包括走线与至少一电子元 件或电路，间接、或直接连接上述第一与第二开关电容电路的输出端。
全文摘要
一种电荷域滤波器，包括一分相器、多个第一开关电容网络、多个第二开关电容网络、以及一连接线路。分相器接收一第一与一第二输入信号，以分别产生多个第一分相信号以及多个第二分相信号。上述第一开关电容网络各自具有一输入端一对一接收上述第一分相信号，且各自具有一输出端。上述第二开关电容网络各自具有一输入端一对一接收上述第二分相信号、且各自具有一输出端。连接线路负责配置上述第一开关电容网络的输出端与上述第二开关电容网络的输出端的耦接状况，以产生多个输出信号。
文档编号H03H7/12GK102088275SQ20091025382
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者黄敏峰 申请人:财团法人工业技术研究院