CN101213745A

CN101213745A - 滤波器校准

Info

Publication number: CN101213745A
Application number: CNA2006800242199A
Authority: CN
Inventors: O·E·艾多耿; J·C·鲁德尔; R·布鲁肯-布鲁弗
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2008-07-02
Also published as: US7474160B2; US20060267698A1

Abstract

公开了校准滤波器(114，116)。滤波器(114，116)在校准期间被作为振荡器来重新配置。使用开关(sw1，sw2)和/或重新配置滤波器的其它实现来将滤波器的负反馈环重新配置为正反馈环。然后测量(106，(300)振荡参数来调节滤波器的组件(c1－c4)，以实现与期望的滤波器特性相应的振荡。

Description

滤波器校准

背景

相关申请

本申请要求于2005年5月25日提交的题为“FILTER CALIBRATION(滤波器校准)”的的临时美国申请S/N.60/714,533的优先权。

工艺变动、工作温度可变性、老化、和其它环境变量的影响促使在通信设备中使用的现有滤波器的性能特性偏离设计规格。片上(on-chip)RC时间常数的绝对值会因为这些影响改变多达百分之百。为了解决这些可变性，已经提出了许多方法来允许进行滤波器的片上校准。当前的方法包括直接方法和间接方法两者。直接方法包括测量实际滤波器组件的性能特性来校准滤波器。间接方法包括在一个不附连于滤波器的单独的片上测试电路系统中测量组件的性能特性。一般地在间接方法中，测试电路组件各测量被假定为在整个芯片上是一致的并被用来调谐芯片上所有的组件，包括滤波器组件。然而实际上，在同一芯片的不同区域上特性值会显著变化，因此潜在可能导致不准确的滤波器组件值近似。滤波器的实际滤波器特性也可用直接方法来测量。在芯片上生成的测试信号被发送通过要被测量和分析的滤波器。然后使用这些测量来调谐滤波器组件。虽然这个方法导致准确的滤波器校准，但是信号生成和分析机制可能是复杂的并实现成本很高。因此，开发出一种成本效益高且简单。而仍然准确的校准滤波器的方法是合乎需要的。

附图简要说明

在下面具体说明和附图中公开了本发明的各个实施例。

图1A为图解信号发射机中的偏移锁相环的一个实施例的简图。

图1B为图解包括以跨导(Gm)和若干电容器元件组成的积分器级的典型的三级滤波器的简图。

图2为图解可为校准滤波器的目的被作为振荡器来重新配置的滤波器的简图。

图3为图解振荡鉴频器的简图。

图4为用于校准滤波器的过程的流程图。

图5为调节滤波器组件来实现期望的振荡频率的过程的流程图。

具体说明

本发明可以用多种方式来实现，包括作为过程、装置、系统、物之组合、诸如计算机可读存储介质或在其中程序指令在光或电通信链路上被发送的计算机网络等的计算机可读介质。在本说明书中，这些实现、或本发明采取的任何其它的形式可被称作技术。一般来说，所公开的过程的步骤的次序可被变更，这是落在本发明的范围之内的。

在下文，本发明的一个或多个实施例的具体说明随图解本发明原理的附图一起被提供。本发明是结合这些实施例来说明的，但是本发明并不被限定于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限定，并且本发明涵盖众多替换、修改和等效方案。在接下来的说明中阐述了众多具体细节以期提供对本发明的透彻理解。这些细节是为示例目的而提出，并且本发明根据权利要求书无需这些具体细节中的一些或全部就可被实践。为达清楚目的，与本发明有关的技术领域中已知的技术素材未被详细描述以免不必要地与本发明相混淆。

公开了滤波器校准。在一些实施例中，滤波器在校准模式期间被作为振荡器来重新配置。使用开关和/或重新配置滤波器的其它实现来将滤波器的负反馈环重新配置成正反馈环。然后测量振荡参数来调节滤波器的组件，以实现与期望的滤波器特性相应的振荡。

图1A为图解信号发射机中的偏移锁相环的一个实施例的简图。在一个实施例中，该信号发射机被用在蜂窝通信设备中。该信号发射机可被用在更广泛的一组需要高度集成的发射机的应用中。调制器102使用来自I和Q本机振荡器(LO)的相应信号来混合I和Q基带信号。已调制信号通过谐波抑制(HR)滤波器104得到过滤之后被传递到锁相环(PLL)105。传入信号在相位鉴频器(PFD)106中被与一反馈信号相比较。PFD的输出由环路滤波器108滤波并被馈入压控振荡器(VCO)110中。来自压控振荡器110的反馈路径包括将反馈信号与来自本机振荡器的信号混合的混频器114以及从该信号中滤除不想要的谐波的HR滤波器116。功率放大器118放大该经处理的信号以供经由天线120发射。在一些实施例中，该信号在由功率放大器118放大之前先由一前置放大器放大。

图1B为图解包括以跨导(Gm)和若干电容器元件组成的积分器级的典型三级滤波器的简图。所示出的滤波器可被用作图1A的HR滤波器104和116。其它的实施例可以被配置成包括任意数目的滤波器级。在示出的示例中，各个滤波级被级联以获得更陡峭的滤波器滚降响应。滤波器的第一级是单极滤波器122。其它的滤波器是两级二阶双二次(Biquad)滤波器124和126。双二次滤波级是因其高Q值、恒定的带宽值、和对外部组件变动降低的灵敏度而被选择的。

图2是图解可为校准滤波器目的被作为振荡器来重新配置的滤波器的简图。该滤波器包括在框202和204中突出显示的两个二阶双二次模块。每个双二次模块包括运算放大器/跨导级206、运算放大器/跨导级207、运算放大器/跨导级208、运算放大器/跨导级209、运算放大器/跨导级210、运算放大器/跨导级211、运算放大器/跨导级212、运算放大器/跨导级213、可调电容器214、可调电容器215、可调电容器216、可调电容器217，并且可以包括其它组件，包括但不限于电阻器、电容器、电感器、和电源(未示出)。该滤波器具有两种工作模式：滤波模式和校准/振荡模式。在一些实施例中，可以有两种以上的工作模式。在滤波模式下，开关218被闭合而开关220和开关222开路，从而使每个双二次置身于负反馈配置中。在校准模式下，开关218开路而开关220和开关222闭合。这些双二次以正反馈配置中被连接在一起，从而致使系统振荡。在一些实施例中，滤波器振荡的准则是在正反馈路径中有倒相的任意三阶或更高阶滤波器(加起来得到180度以上的相移)。在一些更高阶的实施例中，振荡不需要用到反相。

在一些实施例中，振荡仅用到滤波信号路径的一部分。一旦实现了振荡，就测量振荡属性。振荡属性测量被用于校准滤波器。一鉴频器可在振荡模式下由开关222连接到滤波器并且可以测量振荡的频率。频率测量与诸如滤波器截止频率等的滤波器相关特性有关并在某些情况下可使之与滤波器相关特性相关。一旦频率测量与给定的滤波器特性之间的关系通过分析或者凭经验被推导出，频率测量就可被用来调节滤波器组件以实现与期望的滤波器特性相应的振荡频率。在一些实施例中，可调电容器214、可调电容器215、可调电容器216、和可调电容器217被一起调节以改变滤波器的截止频率(fc)。在一些实施例中，各可调电容器被单独调节来改变滤波器的截止频率(fc)。

类似地，滤波器的跨导也可以被利用来调节滤波器的特性。跨导与频率测量之间的关系被确定，然后振荡频率被调节成对应与期望的跨导。

因为原地(in situ)测量已被用于校准滤波器，所以振荡信号发生可在采用上述开关安排的滤波器中被廉价地实现而不需要诸如锁相环等的外部元件来生成校准音调或者在主从调谐算法中使用。此外，处于振荡模式下的滤波器将会在一微秒的若干分之几内感生起振荡。可对振荡频率进行测量而不用等待外部PLL稳定下来。

图3为图解振荡鉴频器的简图。鉴频器300或任何其它合适的鉴频器可被连接到滤波器，诸如图2所示的一个。要被测量的传入信号302通过反相器304被缓冲以产生方波信号306。方波信号306被馈入计数器308。计数器308对预定时间段内方波信号306中边沿的数目进行计数来确定与信号的频率相应的计数。此时间段可以预先配置或动态配置。在所示的示例中由振荡器310产生基准频率信号。类似于传入信号302，此基准频率信号由反相器312缓冲以在计数器314处产生基准计数。由计数器308和314产生的计数之比被用来计算滤波器振荡频率的估计。所估计出的振荡频率被与所找到的可被存储在RAM查找表315中的目标计数相比较。RAM查找表315中的目标计数与期望的计数器308的计数值相关联，该计数值最终映射到正常滤波器工作期间期望的滤波转角频率。滤波器元件是基于与计数器308相关联的计数以及与RAM查找表315相关联的目标计数来调节的。振荡频率估计和比较可以采用逐次逼近法来执行多次直到与计数器相关联的计数值匹配与RAM查找表315中的数据相关联的值。在一些实施例中，是通过开路图2的开关222和220而闭合开关218来将振荡器重新配置为滤波器以供正常工作之用。

图4为用于校准滤波器的过程的流程图。在402进入滤波器校准模式。在一些实施例中，此校准过程在滤波器上电时被调用。在一些实施例中，此校准过程在一相关数据组的每个实例之前被调用。在一些实施例中，此校准过程被周期性调用。在一些实施例中，此校准过程由另一个组件调用。在一些实施例中，此校准过程在滤波器参数被调谐时被调用。滤波器在404被配置成发生振荡。可通过设置开关、继电器、和/或任何合适的硬件或软件组件来将滤波器配置成发生振荡。在经重新配置的滤波器起振之后，在406滤波器组件被调节以实现与期望的滤波器特性相应的振荡频率。在各种实施例中，滤波器组件被调节以实现与对应于期望滤波器特性的振荡相关联的相位、或是与对应于期望滤波器特性的振荡相关联的电流或与对应于期望滤波器特性的振荡相关联的电压、或是上述的任意组合。也可利用其它的振荡参数来实现期望的滤波器特性。在滤波器组件已被调节之后，在408各开关被设回滤波模式，从而在410结束校准模式。

图5为调节滤波器组件来实现期望的振荡频率的过程的流程图。在一些实施例中，图5的过程被用来实现图4的406。在502滤波器的振荡频率被测量。在504该振荡频率被分析。振荡频率分析可以包括如上所述地采用计数器来测量振荡频率。在一些实施例中，振荡频率分析包括将振荡频率与基准频率相比较。如果在506振荡频率被确定为落在与期望的滤波器特性相应的频率范围内，则在508得出“滤波器已被校准”的结论。阈值可以是可配置的。在一些实施例中，阈值由另一个设备来配置。如果振荡频率不在期望的范围内，在510滤波器组件被调节以实现期望的频率。在一些实施例中，采用逐次逼近法来调节滤波器组件以实现期望的振荡频率。在一些实施例中，使用基于当前滤波器特性的公式来将滤波器组件调节与期望的振荡频率相匹配。一个这样的公式是

ω_{OSC} &cong; \sqrt{\frac{g_{m 22} \cdot g_{m 12} \cdot g_{m 31}}{\frac{C_{2}}{C_{4}} (g_{m 32} + g_{m 31}) \cdot C_{3} \cdot C_{4}}}

其中ω_OSC为振荡频率，g_m为跨导值，并且C是图2中示出的滤波器的电容值。在一些实施例中，以上公式假定环路增益是线性的并且滤波器转角频率和振荡频率之比是恒定的。也可使用其它的搜索法来确定实现与期望的滤波器特性相应的振荡频率的滤波器组件。

虽然为理解清楚起见相当详细地对以上实施例进行了说明，但是本发明不被限定于所提供的细节。还存在有许多实现本发明的替换方式。所公开的实施例是例示性的而不是限定性的。

Claims

1.一种校准具有多个滤波器组件的滤波器的方法，包括：

重新配置所述滤波器以使一滤波器组件被配置为具有振荡属性的振荡器；以及

调节该滤波器组件来实现与期望的滤波器特性相应的振荡属性。

2.如权利要求1所述的方法，其中重新配置所述滤波器包括，在所述滤波器中创建一正反馈环。

3.如权利要求1所述的方法，其中重新配置所述滤波器包括，改造所述滤波器中一负反馈环。

4.如权利要求1所述的方法，其中重新配置所述滤波器包括，设置一开关。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述振荡属性包括振荡频率。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述振荡属性包括振荡相位。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波器特性包括截止频率。

8.如权利要求1所述的方法，其中滤波器特性包括信号相位。

9.如权利要求1所述的方法，其中调节所述滤波器组件包括，调节一电容值。

10.如权利要求1所述的方法，其中调节所述滤波器组件包括，调节一电感值。

11.如权利要求1所述的方法，其中调节所述滤波器组件包括，调节一电阻值。

12.如权利要求1所述的方法，其中调节所述滤波器组件包括调节一跨导值。

13.如权利要求1所述的方法，进一步包括调节多个可调滤波器组件。

14.如权利要求1所述的方法，进一步包括对所述滤波器进行原地测量。

15.如权利要求1所述的方法，进一步包括测量振荡频率。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括将所测得的振荡频率与一基准信号频率相比较。

17.如权利要求1所述的方法，其中调节滤波器组件包括，采用逐次逼近法。

18.如权利要求1所述的方法，其中调节所述滤波器组件包括，采用包含当前滤波器特性的公式。

19.如权利要求1所述的方法，其中调节所述滤波器组件包括，采用包含所述振荡属性的公式。

20.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波器具有多个功能性工作模式。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述功能性工作模式包括滤波模式和校准模式。

22.如权利要求1所述的方法，其中校准是在所述滤波器上电时执行的。

23.如权利要求1所述的方法，其中滤波器校准是在一相关数据组的每一实例之前执行的。

24.如权利要求1所述的方法，其中滤波器校准是在由所述滤波器外部的一组件调用时执行的。

25.如权利要求1所述的方法，其中滤波器校准是在各滤波器参数被调谐时执行的。

26.如权利要求1所述的方法，其中滤波器校准是在指定周期性基础上执行的。

27.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波器为双二次配置。

28.如权利要求1所述的方法，其中所述滤波器组件被调节以实现落在指定阈值内的振荡属性。

29.一种用于校准滤波器的系统，包括：

滤波器组件；以及

重新配置组件，被配置成重新配置所述滤波器以使所述滤波器组件被配置为具有振荡属性的振荡器；

其中所述滤波器组件被配置为可调节的以实现与期望的滤波器特性相应的振荡属性。

30.如权利要求29所述的系统，其中所述重新配置组件被配置成在所述滤波器中创建一正反馈环。

31.如权利要求29所述的系统，其中所述重新配置组件被配置成改造所述滤波器中一负反馈环。

32.如权利要求29所述的系统，其中所述重新配置组件包括开关。

33.如权利要求29所述的系统，其中所述振荡属性包括振荡频率。

34.如权利要求29所述的系统，其中所述振荡属性包括振荡相位。

35.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器特性包括截止频率。

36.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器特性包括信号相位。

37.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配置成可通过调节一电容值来调节。

38.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配置成可通过调节一电感值来调节。

39.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配制成可通过调节一电阻值来调节。

40.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配制成可通过调节一跨导值来调节。

41.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配制成可通过调节多个可调滤波器组件来调节。

42.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配置成对所述滤波器进行原地测量。

43.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配置成测量所述振荡频率。

44.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器具有多个功能性工作模式。

45.如权利要求44所述的系统，其中所述功能性工作模式包括滤波模式和校准模式。

46.如权利要求29所述的系统，其中滤波器校准是在所述滤波器上电时执行的。

47.如权利要求29所述的系统，其中所述系统被配置成使得滤波器校准在一相关数据组的每一实例之前执行。

48.如权利要求29所述的系统，其中所述系统被配置成使得滤波器校准在由所述滤波器外部的组件调用时执行。

49.如权利要求29所述的系统，其中所述系统被配置成使得滤波器校准在各滤波器参数被调谐时执行。

50.如权利要求29所述的系统，其中所述系统被配置成使得滤波器校准在指定周期性基础上执行。

51.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器是双二次配置。

52.如权利要求29所述的系统，其中所述滤波器组件被配置成可调的以实现落在指定阈值内的振荡属性。