CN101366178A - 滤波器的自动调整装置 - Google Patents

Abstract

在输出虚拟滤波器(2)的控制电压(Vcd)的第1运算放大器(5)与主滤波器(1)之间配置第2运算放大器(7)来作为接口电路(6)，使第2运算放大器(7)的参考电压(Vr)最佳化。利用虚拟滤波器(2)所取得的控制电压(Vcd)可藉由接口电路(6)变换成最合适主滤波器(1)的控制电压(Vcm)，因而取得了将主滤波器(1)的频率特性调整成所期望的特性的必要的最合适控制电压(Vcm)。

Description

滤波器的自动调整装置

技术领域

本发明是有关滤波器的自动调整装置，特别是适于可对于对输入信号进行预定的滤波处理的滤波器电路进行频率特性的自动调整的装置。

背景技术

一般，使用于无线通信机的BPF(带通滤波器)等的滤波器电路在频率特性上有非常高的准确度要求。将滤波器电路内藏于IC(集成电路)时，会因组件的不均所引起的电阻值或电容值的偏差而造成频率特性偏离所期望的特性，因此，为了防止此问题而使用滤波器的自动调整装置。

滤波器的自动调整装置，除了对输入信号进行原本的滤波处理的滤波器电路(主滤波器)以外，还设置虚拟的滤波器电路(虚拟滤波器)(例如参照专利文献1)。此专利文献1虽以BPF来构成虚拟滤波器，但是也使用二阶的LPF(低通滤波器)所构成的电压控制滤波器(VCF，VoltageControlled Filter)来作为虚拟滤波器。

专利文献1：特开平9-98446号公报

图1是显示以往的滤波器的自动调整装置。在图1中，101为主滤波器，对输入信号进行原本的滤波处理。102为虚拟滤波器，对参考频率的参考信号Fr进行滤波处理。此虚拟滤波器102是以和主滤波器101相同的形式来构成。例如，若主滤波器101为巴氏滤波器(Butterworth filter)，则虚拟滤波器102亦以巴氏滤波器来构成，若主滤波器101为彻比雪夫滤波器(Chebyshev filter)，则虚拟滤波器102亦以彻比雪夫滤波器来构成。

103为相位比较器，检测出参考信号Fr与从虚拟滤波器102输出的信号的相位差，输出对应于该相位差的相位误差信号。一般，二阶的滤波器是输出信号的相位会按照输入频率有0度至180度的变化。由于在虚拟滤波器102中使用二阶的滤波器，因此若虚拟滤波器102的截止频率(CutoffFrequency)不偏离所望值(若为理想状态)，则相位比较器103的输出是收敛于相位差为90度偏差的状态。但，若因组件的不均等而造成虚拟滤波器102的截止频率偏离所望值，则相位比较器103的输出的相位差会变成90度+Δθ。相位比较器103会输出相当于该偏差Δθ的误差相位份的相位误差信号。

104为回路滤波器(loop filter)，藉由电阻R及电容C的并联电路所构成。此回路滤波器104是根据由相位比较器103输出的相位误差信号来对电容C进行充放电，藉此输出与在相位比较器103所被检测出的误差相位份成比例的信号。105为运算放大器，插入回路滤波器104与虚拟滤波器102之间以提高回路增益。回路滤波器104所输出的信号经由运算放大器105后回授至虚拟滤波器102以作为虚拟滤波器102的控制电压。

如以上所述，将参考频率的参考信号Fr输入至虚拟滤波器102及相位比较器103，且将虚拟滤波器102的输出予以输入至相位比较器103。然后，将相位比较器103的输出经由回路滤波器104及运算放大器105后作为控制电压而输入虚拟滤波器102，藉此进行虚拟滤波器102的自动调整。亦即，即使因组件的不均等造成虚拟滤波器102的截止频率偏离所望值(相位比较器103的输出的相位差偏离90度)，还是可藉由利用相位比较器103所输出的相位误差信号的控制回路来调整相位差成为90度。

如上述，主滤波器101是以和虚拟滤波器102相同的形式所构成。藉此，亦可将虚拟滤波器102的控制电压作为主滤波器101的控制电压输入，进行主滤波器101的自动调整。亦即，即使因组件的不均等造成主滤波器101的截止频率偏离所望值(输出信号的相位偏离90度)，还是可藉由从相位比较器103输出的相位误差信号来调整主滤波器101的输出信号的相位成为90度。

但，一般由于虚拟滤波器102的阶数与主滤波器101的阶数相异，因此即使将利用虚拟滤波器102所产生的控制电压原封不动地施加于主滤波器101，还是会有无法正确地调整主滤波器101的频率特性的问题。又，若电源电压或周围的环境温度变动，则会有虚拟滤波器102的控制电压偏离所望值，无法正确地进行主滤波器101的频率特性的调整的问题。

发明内容

本发明是为了解决如此的问题而研发者，以即使虚拟滤波器的阶数与主滤波器的阶数相异，还是可将主滤波器的频率特性调整成所望的特性为目的。

又，本发明是以即使电源电压或环境温度有变动，还是可将主滤波器的频率特性调整成所望的特性为目的。

为了解决上述课题，本发明是在输出虚拟滤波器的控制电压的第1运算放大器与主滤波器之间配置第2运算放大器来作为接口电路，使第2运算放大器的参考电压最适化。亦即，为了使主滤波器取得所望的频率特性的必要的控制电压的理想值与为了使虚拟滤波器取得所望的频率特性的必要的控制电压的理想值的差的电压值作为参考电压供给第2运算放大器。

本发明的其它形态是使第1运算放大器的偏压电压能够根据电源电压的变化而变动。具体而言，具备：按照电阻比来对电源电压分压的第1分压用电阻、及对第1分压用电阻所分压的电压进行放大且将其结果作为偏压电压来输出的第3运算放大器。

本发明的其它形态是使第2运算放大器的参考电压能够根据于周围的环境温度或电源电压的变化而变动。具体而言，具备：按照电源电压来动作的MOS二极管、及按照电阻比对MOS二极管的临界值电压进行分压而产生参考电压的第2分压用电阻。

根据上述而构成的本发明，即使主滤波器的阶数与虚拟滤波器的阶数相异，利用虚拟滤波器所得到的控制电压还是可藉由接口电路在主滤波器变换成最合适的控制电压。藉此，能取得将主滤波器的频率特性调整成所望的特性的必要的控制电压，且主滤波器可得到相当接近理想的所望的频率特性。

根据本发明的其它特征，输入至输出虚拟滤波器的控制电压的第1运算放大器的偏压电压会随着电源电压的变动而变化。藉此，即使电源电压有变动，还是可取得将虚拟滤波器的频率特性调整成所望的特性的必要的最合适控制电压。藉此，该虚拟滤波器的控制电压会藉由接口电路而变换，因而能够取得将主滤波器的频率特性调整成所望的特性的必要的最适控制电压。藉此，无论电源电压的如何变动，主滤波器可得到相当接近理想的所望的频率特性。

根据本发明的其它特征，输入至输出主滤波器的控制电压的第2运算放大器的参考电压会根据于周围的环境温度或电源电压的变动而变化。藉此，即使环境温度、电源电压等有所变动，还是可取得将主滤波器的频率特性调整成所望的特性的必要的最合适控制电压，进而主滤波器能够得到相当接近理想的所望的频率特性。

附图说明

图1是显示以往的滤波器的自动调整装置。

图2是显示本实施形态的滤波器的自动调整装置的构成例。

图3是显示本实施形态的偏压电压产生电路的构成例。

图4是显示本实施形态的参考电压产生电路的构成例。

图5A是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来仿真后的结果的频率特性图。

图5B是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来仿真后的结果的频率特性图。

图5C是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来仿真后的结果的频率特性图。

图5D是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来仿真后的结果的频率特性图。

图5E是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来仿真后的结果的频率特性图。

图5F是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来仿真后的结果的频率特性图。

图6是显示周围的环境温度变化时的虚拟滤波器的控制电压与主滤波器的控制电压之差的大小变化例图。

图7是显示在本实施形态中于第2运算放大器的输出所取得的控制电压。

图8是显示利用本实施形态的滤波器的自动调整装置来进行仿真时的条件。

101：主滤波器

102：虚拟滤波器

103：相位比较器

104：回路滤波器

105：运算放大器

1：主滤波器

2：虚拟滤波器

3：相位比较器

4：回路滤波器

5：第1运算放大器

6：接口电路

7：第2运算放大器

21：定电流电路

22：MOS二极管

Ra：电阻

Ca：电容

VB：偏压电压

Vcd：控制电压

VDD：电源电压

Vth：临界值电压

Vr：参考电压

Vcm：最合适的控制电压

具体实施方式

以下，根据图面来说明本发明的一实施形态。图2是显示本实施形态的滤波器的自动调整装置的电路示意图。在图2中，1为主滤波器，对由输入端子IN输入的信号来进行原本的滤波处理，将其结果由输出端子OUT输出。此主滤波器1是例如藉由高阶的LPF、HPF、BPF、BEF所构成。

2为虚拟滤波器，例如藉由二阶的LPF所构成，对参考频率的参考信号Fr进行滤波处理。此虚拟滤波器102是以和主滤波器1相同形式构成。例如，主滤波器1若为巴氏滤波器，则虚拟滤波器2亦以巴氏滤波器构成，主滤波器1若为彻比雪夫滤波器，则虚拟滤波器2亦以彻比雪夫滤波器构成。

3为相位比较器，检测出参考频率的参考信号Fr与自虚拟滤波器2输出的信号的相位差，输出对应于该相位差的相位误差信号。因为虚拟滤波器2是以二阶的滤波器所构成，所以输出信号的相位会按照输入频率的变化有从0度至180度的变化。藉此，若虚拟滤波器2的截止频率不偏离所望值，则相位比较器3的输出会收敛于相位差为90度偏移的状态。但，因组件的不均等而造成虚拟滤波器2的截止频率偏离所望值，则相位比较器3的输出的相位差会形成90度+Δθ。相位比较器3会输出相当于该偏移Δθ的误差相位份的相位误差信号。

4为回路滤波器，藉由电阻Ra及电容Ca的并联电路所构成。此回路滤波器4是根据由相位比较器3输出的相位误差信号来进行电容Ca的充放电，藉此输出与相位比较器3所检测出的误差相位份成比例的信号。

5为第1运算放大器，插入回路滤波器4与虚拟滤波器2之间以提高回路增益。由回路滤波器4输出的信号会被输入至第1运算放大器5的非反相输入端子。另一方面，在第1运算放大器5的反相输入端子，经由电阻R1来输入偏压电压VB，且第1运算放大器5的输出会经由电阻R2来负回授(Negative Feedback)输入。第1运算放大器5会放大由回路滤波器4输入的信号，以该输出信号作为虚拟滤波器2的控制电压Vcd来回授至虚拟滤波器2。

如以上所述，本实施形态是将参考频率的参考信号Fr输入至虚拟滤波器2及相位比较器3，且将虚拟滤波器2的输出予以输入至相位比较器3。然后，将相位比较器3的输出经由回路滤波器4及第1运算放大器5来作为控制电压Vcd而输入至虚拟滤波器2，藉此，进行虚拟滤波器2的自动调整。亦即，即使因组件的不均等而造成虚拟滤波器2的截止频率偏离所望值(相位比较器3的输出的相位差偏离90度)，还是可藉由相位比较器3所输出的相位误差信号来调整相位差成为90度。

在此，虚拟滤波器2的控制电压Vcd的收敛值是依电源电压的变动而变化。因此，本实施形态是将输入至第1运算放大器5的反相输入端子的偏压电压VB设定成在周围的环境温度为常温(25℃)、虚拟滤波器2的组件无不均、电源电压与照建议值相同情况下的控制电压Vcd的收敛值相等。并且，利用图3所示那样的电路来使偏压电压VB根据电源电压VDD产生。

图3是偏压电压VB产生电路的实施例的电路示意图。如图3所示，本实施形态的偏压电压产生电路是具备电阻R7，R8(相当于本发明的第1分压用电阻)及第3运算放大器11。电阻R7，R8是串联于电源与接地之间，依电阻比对电源电压VDD进行分压。第3运算放大器11于非反相输入端子接收电源电压VDD的分压值，且输出的偏压电压VB负回授输入至反相输入端子。藉由如此构成偏压电压产生电路，被输入至第1运算放大器5的反相输入端子的偏压电压VB会随着电源电压VDD的变动而变化。

又，本实施形态在第1运算放大器5与主滤波器1之间设置接口电路6。此接口电路6是具备电阻R3，R4、第2运算放大器7及电阻R5，R6。电阻R3，R4串联于第1运算放大器5的输出端子与接地之间，将由第1运算放大器5输出的虚拟滤波器2的控制电压Vcd对应电阻比进行分压。

第2运算放大器7会将控制电压Vcd的分压值输入至非反相输入端子，且输出的主滤波器1的控制电压Vcm经由电阻R6负回授输入至本身的反相输入端子。在第2运算放大器7的反相输入端子，参考电压Vr亦经由电阻R5来输入。以下，详细说明有关如此构成的接口电路6。

如上述，主滤波器1与虚拟滤波器2为相同形式的滤波器。这是以往为了在主滤波器1也能够同样使用虚拟滤波器2的控制点所取得的控制电压Vcd的想法。但，虚拟滤波器2是二阶的滤波器，相对的，主滤波器1是阶数为二阶以上的高阶滤波器，滤波器的阶数相异。此情况，在虚拟滤波器2的控制点所取得的控制电压Vcd与主滤波器1的必要的希望控制电压Vcm相异。

因应于此，本实施形态设置了用以将虚拟滤波器2的控制点所取得的控制电压Vcd变换成主滤波器1的必要的希望控制电压Vcm的接口电路6。

又，图6用以表示随周围的环境温度变化，藉由自动调整所取得的虚拟滤波器2的控制电压Vcd及为了在主滤波器1中取得希望的频率特性的必要的控制电压Vcm也会变动，两控制电压之差的大小也会出现不同。

在图6中，Vcd1～Vcd3是表示在不同的温度条件下藉由自动调整所取得的虚拟滤波器2的控制电压Vcd的值。又，Vcm1～Vcm3是表示在不同的温度条件下为了取得主滤波器1的所望频率特性的必要的控制电压Vcm的值(根据模拟所求得的值)。

如图6所示，虚拟滤波器2的控制电压Vcd与主滤波器1的控制电压Vcm之差的大小是根据周围的环境温度而变化。因此，以单纯的位准移位电路来构成接口电路6，只能在某特定的温度条件下取得较理想的控制电压Vcm，而无法在各种的温度条件下取得较理想的控制电压Vcm。

因此，本实施形态中，如上述，在第1运算放大器5与主滤波器1之间的接口电路6配置第2运算放大器7，藉由使第2运算放大器7的参考电压Vr最佳化，来取得所望的控制电压Vcm。具体而言，由周围的环境温度为常温(25℃)，电源电压VDD为建议值之下的模拟结果来求取虚拟滤波器2的最合适的控制电压Vcd及主滤波器1的最合适的控制电压Vcm(皆是相当于本发明的理想值)。然后，设Vcd-Vcm＝ΔV，藉由具有ΔV的参考电压Vr的第2运算放大器7来构成接口电路6来产生主滤波器1的最合适的控制电压Vcm。

由图6所示的图表可知，在环境温度为常温(25℃)之下，以使用虚拟滤波器2的控制回路所取得的虚拟滤波器2的控制电压为Vcd1而可得到主滤波器1的最合适的控制电压为Vcm1。在此，Vcd1-Vcm1＝ΔV1。若在图2中R3＝R4，于第2运算放大器7的输出所取得的控制电压为Vcm1，则该控制电压Vcm1可如图7的(式1)那样求取。但，其中R5＝R6。

从上述(式1)取得Vcd1-Vcm1＝Vr。因此，藉由具有ΔV1的值的参考电压Vr，可取得主滤波器1的所望控制电压Vcm1。但，该值是在常温(25度)、建议电源电压下的值。因此，为了解决因环境变化等而造成主滤波器1的频率特性变化的问题，第2运算放大器5的参考电压Vr需能够根据于周围的环境温度或电源电压VDD等的变化而变动。

因应于此，将参考电压产生电路构成如图4所示那样。如图4所示，本实施形态的参考电压产生电路是藉由连接至电源电压VDD的电源的定电流电路21、及连接至该定电流电路21的MOS二极管22、及电阻R9，R10(相当于本发明的第2分压用电阻)所构成。MOS二极管22系其汲极与闸极连接的金氧半晶体管(MOS)。电阻R9，R10是按照电阻比对MOS二极管22的临界值电压Vth进行分压，藉此产生参考电压Vr。由于MOS二极管22的临界值电压Vth会根据环境温度而变化，因此可使参考电压Vr亦具有温度相依性。又，由于该参考电压Vr是从电源电压VDD来作成，因此亦可使参考电压Vr具有电源电压相依性。

图5A～图5F是显示利用上述电路所构成的滤波器的自动调整装置，以其后的图8所示的各种条件来仿真后的结果的频率特性图。另外，在此是表示主滤波器1的构成为如以下般，以Gm-C滤波器来实现16阶的BPF时的控制特性。图8所示的第6个条件是电源电压VDD及环境温度的条件与第1个条件相同，而改变Gm-C滤波器的电容C的值。

<主滤波器1的构成>

输入BPF：2段连接二阶BPF

BPF：上侧4阶、下侧4阶

输出BPF：2段连接二阶BPF

由该图8及图5A～图5F可知，无论电源电压VDD的值或环境温度如何，主滤波器1的BPF的中心频率几乎不偏离理想值的50KHz，离理想值仅有些微偏差。如此，如利用本实施形态，则即使虚拟滤波器2的阶数与主滤波器1的阶数相异，且即使电源电压VDD或周围的环境温度有变动，还是可取得将主滤波器1的频率特性调整成所望的特性的必要的控制电压Vcm，可取得相当接近理想的所望频率特性。

另外，上述实施形态只不过是实施本发明时的具体例，并非藉此来限定解释本发明的技术范围者。亦即，本发明只要不脱离其精神或其主要的特征，亦可实施各种的形态。

Claims (3)

1.一种滤波器的自动调整装置，包含：

一主滤波器，对一输入信号进行滤波处理；

一虚拟滤波器，以和该主滤波器的相同的形式所构成；

一第1运算放大器，用以提高产生该虚拟滤波器的一控制电压的控制回路的增益；及

一接口电路，变换由该第1运算放大器输出的该虚拟滤波器的一控制电压，而产生该主滤波器的一控制电压；

其中，该接口电路具备一第2运算放大器，为了使该主滤波器取得所望的频率特性的必要的该主滤波器的该控制电压的理想值与为了使该虚拟滤波器取得所望的频率特性的必要的该虚拟滤波器的该控制电压的理想值之差的值的电压值作为一参考电压供给该第2运算放大器。

2.如权利要求1所述的滤波器的自动调整装置，更包含产生赋予该第1运算放大器的一偏压电压的一偏压电压产生电路，其中该偏压电压产生电路包含：

一第1分压用电阻，依一电阻比对一电源电压进行分压；以及

一第3运算放大器，接收由该第1分压用电阻所分压的电压并放大，且将其结果作为该偏压电压输出。

3.如权利要求1所述的滤波器的自动调整装置，更包含具备产生该参考电压的一参考电压产生电路，其中该参考电压产生电路包含：

一定电流电路，连接至一电源；

一MOS二极管，连接至该定电流电路，该MOS二极管的一汲极与一闸极彼此连接；

一第2分压用电阻，依电阻比对该MOS二极管的一临界值电压进行分压，且将该分压后的电压作为该参考电压输出。

Images