专利名称：复数滤波器及其q值补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种复数滤波器及其Q值补偿方法。
背景技术：
滤波器在RF收发芯片中起到十分关键的作用。其中，滤波器在发射机中的功能是滤除信道外功率，以避免干扰其它信道；在接收机内的功能是滤除带外干扰，以免过强的干扰信号使后级电路饱和，以及抑制镜像信号，避免变频后中频信号受到镜像信号的污染。在低中频接收机中，常常使用中频复数滤波器以同时实现滤波和镜像抑制功能。 现有的复数滤波器，在实现中心频率较高，且带宽较小的中频滤波器时，会出现品质因数Q 值较高的极点对，此时，运算放大器有限的增益带宽积会通过改变极点位置引起滤波特性偏离其理想状态，具体而言，截止频率和带宽会下降，而在截止频率附近则会出现较高的增益上冲，恶化带内平整度，在极端情况下，滤波器电路将会变得不稳定。由于提高运算放大器带宽需要消耗大量功耗，代价较高，为了使滤波器在放大器性能不佳时保持相对理想的滤波特性，可以对电路进行补偿。现有技术中，提供一种后台实时补偿方法，其基本理论为使补偿电阻近似满足r =1/GBW/C，其中GBW为运算放大器的增益带宽积，C为可变电容。该方法需要设计一个与主滤波器匹配的二阶辅助滤波器，使用相同的运算放大器，拥有主滤波器传输函数中最高的Q 值，用于模拟主滤波器的Q值变化，通过在辅助滤波器通带边缘频率处注入测试信号，测量其输出的幅度判断其频率响应相对理想情况的偏离程度，同时通过控制串联补偿电阻的大小将响应调回理想值，假设辅助滤波器和主滤波器之间匹配足够好，则将此信号用于控制主滤波器中的串联补偿电阻也能使主滤波器的频率响应调回理想形状。然而，这种方法需要许多额外的电路，增加了功耗、面积和设计复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种电路结构简单，占用系统面积较小、功耗较低的有源中频复数滤波器。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种复数滤波器，包括为运算放大器提供偏置信号的恒定跨导电路，所述恒定跨导电路，包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管，所述第一三极管的栅漏极短接，所述第四三极管的栅漏极短接，所述第一三极管和第二三极管的栅极短接、源极短接后接偏置电源，所述第三三极管和第四三极管的栅极短接，所述第三三极管的源极接地，所述第四三极管的源极通过可变电阻接地，所述第一三极管和第三三极管的漏极连接，其公共连接点为偏置信号，所述第二三极管和第四三极管的漏极短接；还包括频率校正电路，输出5位比特的控制信号户<4:0> ,用于调整所述可变电阻的电阻值。进一步的，所述可变电阻，包括依次串联的固定电阻、第零控制电阻、第一控制电阻、第二控制电阻、第三控制电阻、第四控制电阻；所述第零控制电阻的两端并联有第零电阻控制开关；所述第一控制电阻的两端并联有第一电阻控制开关；所述第二控制电阻的两端并联有第二电阻控制开关；所述第三控制电阻的两端并联有第三电阻控制开关；所述第四控制电阻的两端并联有第四电阻控制开关；所述第零电阻控制开关与频率校正电路的控制信号户<4:0〉中的 ^^信号电连接；所述第一电阻控制开关与频率校正电路的控制信号户< 4 0 >中的 ^Τ^信号电连接；所述第二电阻控制开关与频率校正电路的控制信号户<4:0〉中的口“^信号电连接； 所述第三电阻控制开关与频率校正电路的控制信号户<4:0 >中的信号电连接；所述第四电阻控制开关与频率校正电路的控制信号户<4:0〉中的Fi信号电连接。进一步的，所述固定电阻的电阻值为II Ω、第零控制电阻的电阻值为8Κ Ω、第一控制电阻的电阻值为4ΚΩ、第二控制电阻的电阻值为ΙΩ、第三控制电阻的电阻值为 IKΩ、第四控制电阻的电阻值为0.。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明不需要设计现有技术中的辅助滤波器，只是将恒定跨导电路中的固定电阻替换为可变电阻，再用频率校正电路输出的控制信号户<4:0 >去控制恒定跨导电路中可变电阻。现有技术中的辅助滤波器还要为辅助滤波器提供电源电路和Q值检测电路，其电路结构复杂，而且需要消耗的功耗较大，本发明不需要任何附加电路，因此，本发明的功耗较低。本发明使用频率校正电路输出的5位比特的控制信号户<4:0 >控制恒定跨导电路中的可变电阻的电阻值，去控制恒定跨导电路输出的偏置信号，从而调整运算放大器的增益带宽积，进而使运算放大器的Q值在不同的温度、工艺和供电电压下均得到较好的补偿，即运算放大器的补偿电阻RB近似满足公式RB = 1/GBW/CJ，其中GBW为运算放大器的增益带宽积，CJ为可变电容，用于校正滤波频率。从电路结构上看，本发明除了将固定电阻替换为可变电阻外，仅调整了线路的连接关系，即频率校正电路的输出信号户<4:0〉中的信号线与可变电阻的控制开关电连接。 因此，本发明的电路结构简单，从而使其占用系统面积比较小。本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种复数滤波器的Q值补偿方法，其技术方案是将恒定跨导电路中的固定电阻替换为可变电阻，用频率校正电路输出的控制信号PcN.Q >去控制可变电阻的电阻值，其中N为大于1的整数。进一步的，所述可变电阻，包括M个串联的控制电阻&，以及与M个串联的控制电阻&串联的固定电阻，每个控制电阻&的两端并联有一个电阻控制开关KI M;用频率校正电路的控制信号P < # 0 >中的一位比特信号对应控制一个电阻控制开关的接通或者断开，其中M等于N。本发明复数滤波器的Q值补偿方法，是将频率校正的比较信号取反后应用于到Q 值的校正，即用频率校正电路输出的控制信号P<N: 0>反向后，也就是用户〈N .Q >信号直接去控制恒定跨导电路中的可变电阻的电阻值，即通过控制信号户<N. Q >去控制可变电阻中的电阻控制开关的接通或断开，从而改变可变电阻的电阻值，从而调整恒定跨导电路输出的偏置信号，进而调整运算放大器的增益带宽积，使运算放大器的增益带宽积在不同的温度、工艺和供电电压下保持不变。即使运算放大器补偿电阻近似满足RB= 1/GBW/CJ，从而使运算放大器的Q值在不同的温度、工艺和供电电压下均得到较好的补偿，其中RB为补偿电阻，GBff为运算放大器的增益带宽积，CJ为可变电容。
图1是复数滤波器的电路原理图；图2是运算放大器的主体电路结构图；图3是恒定跨导电路的简化电路原理图；图4是恒定跨导电路与频率校正电路的连接关系示意图；图5是可变电容的电路结构示意图；图6是可变电阻的电路结构示意图。图中所示10、第一实数滤波器，20、第二实数滤波器，30、电阻网络，40、运算放大器，50、反馈支路，60、恒定跨导电路，70、频率校正电路，RJ、可变电阻，RB、补偿电阻，CJ、可变电容，C、固定电容，CO、第零控制电容，Cl、第一控制电容，C2、第二控制电容，C3、第三控制电容，C4、第四控制电容，R、固定电阻，R0、第零控制电阻，R1、第一控制电阻，R2、第二控制电阻，R3、第三控制电阻，R4、第四控制电阻，KR0、第零电阻控制开关，KR1、第一电阻控制开关， KR2、第二电阻控制开关，KR3、第三电阻控制开关，KR4、第四电阻控制开关，KC0、第零电容控制开关，KC1、第一电容控制开关KC1，第二电容控制开关，KC2、第三电容控制开关，KC4、第四电容控制开关。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述如图1-6所示，本发明复数滤波器，包括第一实数滤波器10，与第一实数滤波器10 通过电阻网络30连接有第二实数滤波器20，第一实数滤波器10和第二实数滤波器20均包括五个运算放大器40，每个运算放大器40的输出端与输入端之间连接有两组反馈支路50， 每组反馈支路50由一个可变电容CJ与补偿电阻RB串联而成；参照图1、图2、图3，每个运算放大器40，包括恒定跨导电路60，用于提供偏置信号 BIAS_N ；所述恒定跨导电路60，包括第一三极管Tl、第二三极管T2、第三三极管T3、第四三极管T4，所述第一三极管Tl的栅漏极短接，所述第四三极管T4的栅漏极短接，所述第一三极管Tl和第二三极管T2的栅极短接、源极短接后接偏置电源VB，所述第三三极管T3和第四三极管T4的栅极短接，所述第三三极管T3的源极接地，所述第四三极管T4的源极通过可变电阻RJ接地，所述第一三极管Tl和第三三极管T3的漏极连接，其公共连接点为偏置信号BIAS_N，所述第二三极管T2和第四三极管T4的漏极短接；还包括频率校正电路70，输出5位比特的控制信号P<4:0>和尸<4:0>；其中，控制信号P<4:0>用于复数滤波器的频率校正，即通过调整可变电容CJ的电容值进行校正频率；其中，控制信号户< 4 0 >用于调整运算放大器40的增益带宽积，从而进行Q值校正，即通过调整可变电阻RJ的电阻值进行Q值校正。可变电容CJ，用于校正频率；包括固定电容C，第零控制电容CO、第一控制电容Cl、 第二控制电容C2、第三控制电容C3、第四控制电容C4，所述第零控制电容CO通过第零电容控制开关KCO构成的第零串联支路与固定电容C并行联接；所述第一控制电容Cl通过第一电容控制开关KCl构成的第一串联支路与固定电容C并行联接；所述第二控制电容C2通过第二电容控制开关KC2构成的第二串联支路与固定电容C并行联接；所述第三控制电容C3 通过第三电容控制开关KC3构成的第三串联支路与固定电容C并行联接；所述第四控制电容C4通过第四电容控制开关KC4构成的第四串联支路与固定电容C并行联接；可变电容CJ的具体调整方案是用频率校正电路的控制信号P<4:0>中的P<0>信号去控制第零电容控制开关KCO的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号P<4:0>中的P<1>信号去控制第一电容控制开关KCl的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号 P<4:0>中的P<2>信号去控制第二电容控制开关KC2的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号P<4:0>中的P<3>信号去控制第三电容控制开关KC3的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号P<4:0>中的P<4>信号去控制第四电容控制开关KC4的接通或者断开。其中，可变电容CJ中的固定电容C的电容值为1. 3pF、第零控制电容CO的电容值为800fF、第一控制电容Cl的电容值为400fF、第二控制电容C2的电容值为200fF、第三控制电容C3的电容值为100fF、第四控制电容C4的电容值为50fF。以上所有电容的电容值均可以偏离士 15%。可变电阻RJ，包括依次串联的固定电阻R、第零控制电阻R0、第一控制电阻R1、第二控制电阻R2、第三控制电阻R3、第四控制电阻R4 ；所述第零控制电阻RO的两端并联有第零电阻控制开关KRO ；所述第一控制电阻Rl的两端并联有第一电阻控制开关KRl ；所述第二控制电阻R2的两端并联有第二电阻控制开关KR2 ；所述第三控制电阻R3的两端并联有第三电阻控制开关KR3 ；所述第四控制电阻R4的两端并联有第四电阻控制开关KR4 ；第零电阻控制开关KRO与频率校正电路70的控制信号尸<4:0〉中的Pi信号电连接；所述第一电阻控制开关KRl与频率校正电路70的控制信号户< 4 0 >中的 ^Τ^信号电连接；所述第二电阻控制开关KR2与频率校正电路70的控制信号户<4:0〉中的口“^信号电连接； 所述第三电阻控制开关KR3与频率校正电路70的控制信号户<4:0 >中的信号电连接；所述第四电阻控制开关KR4与频率校正电路70的控制信号户<4:0〉中的Fi信号电连接。可变电阻RJ的电阻值的具体调整方案是用频率校正电路的控制信号户<4:0> 中的Pi信号去控制第零电阻控制开关KRO的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号户< 4 0 >中的 ^Τ^信号去控制第一电阻控制开关KRl的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号户<4:0 >中的口“^信号去控制第二电阻控制开关KR2的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号户< 4 0 >中的信号去控制第三电阻控制开关KR3的接通或者断开；用频率校正电路的控制信号户<4:0 >中的信号去控制第四电阻控制开关 KR4的接通或者断开。其中，可变电阻RJ中的固定电阻R的电阻值为II Ω、第零控制电阻RO的电阻值为8Κ Ω、第一控制电阻Rl的电阻值为4ΚΩ、第二控制电阻R2的电阻值为IΩ、第三控制电阻R3的电阻值为1ΚΩ、第四控制电阻R4的电阻值为03ΚΩ。以上所有电阻的电阻值可以偏离士 15%。与现有技术相比，本发明不需要设计现有技术中的辅助滤波器，只是将恒定跨导电路60中的固定电阻替换为可变电阻RJ，再用频率校正电路70输出的控制信号户<4:0〉 去控制恒定跨导电路60中可变电阻。现有技术中的辅助滤波器还要为辅助滤波器提供电源电路和Q值检测电路，其电路结构复杂，而且需要消耗的功耗较大，本发明不需要任何附加电路，因此，本发明的功耗较低。本发明使用频率校正电路70输出的5位比特的控制信号户<4:0 >控制恒定跨导电路60中的可变电阻RJ的电阻值，去控制恒定跨导电路60输出的偏置信号，从而调整运算放大器40的增益带宽积，进而使运算放大器40的Q值在不同的温度、工艺和供电电压下均得到较好的补偿，即运算放大器40的补偿电阻RB近似满足公式RB = 1/GBW/CJ，其中GBW 为运算放大器40的增益带宽积，为可变电容CJ的电容值。从电路结构上看，本发明除了将固定电阻替换为可变电阻RJ外，仅调整了线路的连接关系，即频率校正电路70的输出信号户< 4 0 >中的信号线与可变电阻RJ的控制开关电连接。因此，本发明的电路结构简单，从而使其占用系统面积比较小。本发明一种复数滤波器的Q值补偿方法，将恒定跨导电路60中的固定电阻替换为可变电阻RJ，用频率校正电路31输出的控制信号户<N .Q >去控制可变电阻RJ的电阻值， 其中N为大于1的整数。其中，可变电阻RJ，包括M个串联的控制电阻Rm，以及与M个串联的控制电阻&串联的固定电阻R，每个控制电阻&的两端并联有一个电阻控制开关；用频率校正电路31的控制信号户<#:0>中的一位比特信号对应控制一个电阻控制开关KRm 的接通或者断开，其中M等于N。本发明复数滤波器的Q值补偿方法，是将频率校正的比较信号取反后应用于到Q 值的校正，即用频率校正电路输出的控制信号P<N: 0>反向后，也就是用户〈N .Q >信号直接去控制恒定跨导电路中的可变电阻的电阻值，即通过控制信号户<N. Q >去控制可变电阻中的电阻控制开关的接通或断开，从而改变可变电阻的电阻值，从而调整恒定跨导电路输出的偏置信号，进而调整运算放大器的增益带宽积，使运算放大器在不同的温度、工艺和供电电压下保持不变。即使运算放大器补偿电阻近似满足RB= 1/GBW/CJ，从而使运算放大器的Q值在不同的温度、工艺和供电电压下均得到较好的补偿，其中RB为补偿电阻，GBW为运算放大器的增益带宽积，CJ为可变电容。如图5、图6所示，本发明采用五组阵列的可变电容CJ用于频率校正，对应采用五组阵列的可变电阻RJ，用于Q值补偿。本发明复数滤波器的Q值补偿方法，可变电阻RJ结构中的控制电阻，可以根据复数滤波器的结构变化，进行数量的调整。
权利要求
1.一种复数滤波器，包括为运算放大器提供偏置信号(BIAS_N)的恒定跨导电路(60)， 其特征在于所述恒定跨导电路(60)，包括第一三极管(Tl)、第二三极管(T2)、第三三极管(T3)、第四三极管(T4)，所述第一三极管(Tl)的栅漏极短接，所述第四三极管(T4)的栅漏极短接，所述第一三极管(Tl)和第二三极管(1 的栅极短接、源极短接后接偏置电源(VB)，所述第三三极管CH)和第四三极管(T4)的栅极短接，所述第三三极管(T3)的源极接地，所述第四三极管(T4)的源极通过可变电阻(RJ)接地，所述第一三极管(Tl)和第三三极管CH)的漏极连接，其公共连接点为偏置信号(BIAS_N)，所述第二三极管(T2) 和第四三极管(T4)的漏极短接；还包括频率校正电路(70)，输出5位比特的控制信号 P<4:0> ,用于调整所述可变电阻(RJ)的电阻值。
2.根据权利要求1所述的复数滤波器，其特征在于所述可变电阻(RJ)，包括依次串联的固定电阻(R)、第零控制电阻(RO)、第一控制电阻(Rl)、第二控制电阻(R2)、第三控制电阻(R3)、第四控制电阻(R4)；所述第零控制电阻(RO)的两端并联有第零电阻控制开关 (KRO)；所述第一控制电阻(Rl)的两端并联有第一电阻控制开关(KRl)；所述第二控制电阻 (R2)的两端并联有第二电阻控制开关(KR2)；所述第三控制电阻(R3)的两端并联有第三电阻控制开关(KR3)；所述第四控制电阻(R4)的两端并联有第四电阻控制开关(KR4)；所述第零电阻控制开关(KRO)与频率校正电路(70)的控制信号尸<4:0 >中的 ^^ 信号电连接；所述第一电阻控制开关(KRl)与频率校正电路(70)的控制信号户<4:0〉中的 ^Τ^信号电连接；所述第二电阻控制开关(KR2)与频率校正电路(70)的控制信号中的户< 4 0 >中的 ^ ^信号电连接；所述第三电阻控制开关(KR3)与频率校正电路(70)的控制信号尸< 4 0 >中的信号电连接；所述第四电阻控制开关(KR4)与频率校正电路 (70)的控制信号户<4:0 >中的信号电连接。
3.根据权利要求1所述复数滤波器，其特征在于所述固定电阻(R)的电阻值为 1ΙΩ、第零控制电阻(RO)的电阻值为8ΚΩ、第一控制电阻(Rl)的电阻值为4ΚΩ、第二控制电阻(R2)的电阻值为ΙΩ、第三控制电阻(R3)的电阻值为1ΚΩ、第四控制电阻(R4)的电阻值为0. 5ΚΩ 0
4.一种复数滤波器的Q值补偿方法，其特征在于将恒定跨导电路(60)中的固定电阻替换为可变电阻(RJ)，用频率校正电路(70)输出的控制信号户<N .Q >去控制可变电阻 (RJ)的电阻值，其中N为大于1的整数。
5.根据权利要求5所述复数滤波器的Q值补偿方法，其特征在于所述可变电阻(RJ)， 包括M个串联的控制电阻RM，以及与M个串联的控制电阻&串联的固定电阻(R)，每个控制电阻&的两端并联有一个电阻控制开关1(&;用频率校正电路(70)的控制信号户<#:0> 中的一位比特信号对应控制一个电阻控制开关的接通或者断开，其中M等于N。
全文摘要
本发明公开了一种复数滤波器及其Q值补偿方法，包括为运算放大器提供偏置信号(BIAS_N)的恒定跨导电路(60)，恒定跨导电路(60)，包括可变电阻(RJ)，还包括频率校正电路(70)，输出5位比特的控制信号用于调整所述可变电阻(RJ)的电阻值。其方法是将恒定跨导电路(60)中的固定电阻替换为可变电阻(RJ)，用频率校正电路(70)输出的控制信号去控制可变电阻(RJ)的电阻值，其中N为大于1的整数。本发明复数滤波器，电路结构简单，占用系统面积较小、功耗较低。
文档编号H03H7/03GK102324906SQ20111013009
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者周健军, 范超杰 申请人:上海信朴臻微电子有限公司