CN102130679A - 一种有源rc滤波器带宽校准方法 - Google Patents

一种有源rc滤波器带宽校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有源RC滤波器带宽校准方法。其包括有源RC滤波器、
Figure DEST_PATH_IMAGE002
测量模块；所述的滤波器输出为固定频率方波信号
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，将RC常数的测量转化为对的测量；所述的
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
测量模块将RC值的测量转化为在脉冲宽度内用频率为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
的时钟计数的参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，采用增加电容阵列的方式，通过调节电容阵列使计数值N接近，计算偏差因子α，通过改变电容阵列将当前RC常数乘以系数1/α即可将滤波器的拐角频率校准到设计值。本发明采用通过频率测量的电路结构来测量并校正RC（电阻电容）常数，进而能对有源RC（电阻电容）滤波器带宽进行校准。该方法能较好地应用于有源RC（电阻电容）滤波器中滤波器带宽的自动校准中。

Description

一种有源RC滤波器带宽校准方法
技术领域
本发明涉及一种基于频率测量技术的RC滤波器带宽调节方法，通过对频率的测量检测并调节电容RC常数达到改变滤波器带宽的目的，其应用于RC滤波器电路中频率测量，检测RC常数值大小并对RC常数作校正。
背景技术
目前，有源RC滤波器中，由于PVT（工艺，电压，温度）的变化会引起R（电阻）和C（电容）变化，从而会影响滤波器的拐角频率的变化，改变滤波器的频率特性，因此需要对滤波器的频率特性进行测量并校正以克服PVT变化的影响。有源滤波器中，其频率特性与RC电阻电容乘积成反比，对于固定的输出频率，其电路中RC常数应是恒定的，因此RC常数的测量与校正可以有效校准滤波器的频率特性；对特定的滤波器，其RC常数也应是恒定的。通过RC常数的测量，并将其校正到合适的范围内。对RC常数的测量，一般都不是直接测量，而是通过一定手段，把RC乘积常数转化成其它物理量，从而进行有效准确的测量。片上集成的滤波器一般分为有源RC（电阻电容）和                                                （跨导电容）两种结构。
Figure 303021DEST_PATH_IMAGE001
结构实现跨导时一般使用电阻，使
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE002
。由于片上电阻电容一般会有10%～25%的偏差，影响滤波器的转角频率高达±50%。需要对滤波器的转角频率进行校正，使其偏差小于±5％，过渡带和带外抑制才能满足要求。我们一般使用开关电阻或开关电容实现滤波器频率校正，随滤波器实现的结构而不同。在有源RC滤波器中一般使用开关电阻阵列，而在
Figure 220161DEST_PATH_IMAGE001
滤波器中一般使用开关电容阵列，调节原理完全一致。因此滤波器的校正也就是通过对RC常数作准确的测量然后进行校正。
RC常数的测量及校准方法很多，对于不同RC常数结构，可采用不同的方法，本发明基于滤波器输出频率与RC常数成比例的关系，提出的一种针对基于RC常数的频率测量方法的滤波器带宽校准方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过频率测量的电路结构来测量并校正RC（电阻电容）常数，进而能对有源RC（电阻电容）滤波器带宽进行校准的方法，该方法能较好地应用于有源RC（电阻电容）滤波器中滤波器带宽的自动校准。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：有源RC滤波器带宽校准方法，包括有源RC滤波器、
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE003
测量模块；
所述的滤波器输出为固定频率方波信号，方波信号频率与RC电阻电容成反比例关系，通过调节RC大小，可改变滤波器输出方波频率
Figure 311483DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 769009DEST_PATH_IMAGE003
计算如下：
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE004
，（1）
输出方波信号周期即脉冲宽度为：
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE005
（m为常数），（2）
由公式（1）可知，
Figure 396430DEST_PATH_IMAGE003
与RC常数成反比，如此，对RC常数的测量转化为对
Figure 218893DEST_PATH_IMAGE003
的测量；
所述的
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE006
测量模块，其数字电路中采用较高频率为
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE007
的参考时钟对滤波器输出方波脉冲进行计数，将RC值的测量转化为在脉冲宽度内用频率为的时钟计数的参考值
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 112256DEST_PATH_IMAGE008
计算如下：
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE009
，
当存在PVT变化影响R和C时，计数值N不等于参考值
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE010
；
采用增加电容阵列的方式，可以通过调节电容阵列使RC乘积逼近参考值，通过调节电容阵列使计数值N接近
Figure 587547DEST_PATH_IMAGE011
，采用n位开关电容阵列，可以通过调节电容阵列开关选择导通或者关断相应位电容得到实际电容值如下：
，
当存在PVT（工艺，电压，温度）偏差而影响到RC值时，假设偏差因子为α，则此时用参考频率对脉冲宽度计数值N为:
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE014
，
根据已知计数值N，则可以计算出α=N/
Figure 452790DEST_PATH_IMAGE010
，通过改变电容阵列将当前RC常数乘以系数1/α即可将滤波器的拐角频率校准到设计值。
本发明还包括译码器，译码器将计数值N转换为开关电容阵列的系数
Figure 976175DEST_PATH_IMAGE015
即可得如下方程：
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE016
联立上述二式既可以求得开关电容阵列系数
Figure 468336DEST_PATH_IMAGE017
，
用开关电容阵列系数控制相应开关电容阵列的导通和关闭，就可以调整电容值，进而让RC常数满足滤波器带宽调整要求，弥补滤波器带宽偏离。
本发明的有益效果：本方法实现了基于频率测量的有源滤波器带宽的测量及校正应用。测量模块电路根据RC常数设定与输出频率有确定的反比例关系，而有源RC滤波器带宽与RC常数成比例关系，有效地实现了利用频率测量来检测并校正滤波器带宽的功能，为采用数字电路测量及校正调整提供前提条件。使用数字电路测量振荡频率，校正滤波器带宽，方便灵活，通过对计数值直接译码的方式也提高了检测校正效率。
附图说明
图１是有源RC滤波器带宽校准逻辑框图。
图２是有源RC滤波器带宽校准时序图。
图３是开关电容阵列图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1至图3所示，本发明所述的一种有源RC滤波器带宽校准方法，包括有源RC滤波器101，滤波器输出为固定频率方波信号，方波信号频率与RC电阻电容成反比例关系，通过调节RC大小，可改变滤波器输出方波频率
Figure 798135DEST_PATH_IMAGE006
103计算如下：
Figure 503923DEST_PATH_IMAGE004
 ，（1）
输出方波信号周期即脉冲宽度为： 
Figure 839089DEST_PATH_IMAGE005
（m为常数）， （2）
由公式（1）可知，
Figure 568011DEST_PATH_IMAGE003
与RC常数成反比，如此，对RC常数的测量转化为对
Figure 961339DEST_PATH_IMAGE003
的测量。
所述的 测量模块102，其数字电路中采用较高频率为
Figure 293280DEST_PATH_IMAGE007
104的参考时钟对滤波器输出方波脉冲进行计数， 对于带宽一定的滤波器，其-3db拐角频率也应保持一定，即此时RC常数也应为一定值， 所以滤波器输出脉冲频率
Figure 243919DEST_PATH_IMAGE003
（即方波信号脉冲宽度）也应为一定值，可将该RC值的测量转化为在脉冲宽度内用频率为的时钟计数的参考值
Figure 291958DEST_PATH_IMAGE010
106， 为：
Figure 2011100909862100002DEST_PATH_IMAGE018
（式中m为常数，
Figure 296823DEST_PATH_IMAGE013
也为固定频率， RC乘积由滤波器的拐角频率确定，因此
Figure 734757DEST_PATH_IMAGE011
为一常数参考值）。
当存在PVT（工艺，电压，温度）变化影响R（电阻）和C（电容）时，计数值N105不等于106。
本装置中采用增加电容阵列的方式，可以通过调节电容阵列使RC乘积逼近参考值
Figure 939528DEST_PATH_IMAGE010
106，实现中即通过调节电容阵列使计数值N105最接近
Figure 52978DEST_PATH_IMAGE010
106。
采用n位开关电容阵列，可以通过调节电容阵列开关选择导通或者关断相应位电容得到实际电容值如下：
Figure 40525DEST_PATH_IMAGE012
。
当存在PVT（工艺，电压，温度）偏差而影响到RC值时，假设偏差因子为α，则此时用参考频率
Figure 264833DEST_PATH_IMAGE013
对脉冲宽度计数值N105为:
Figure 326330DEST_PATH_IMAGE014
。
所以如果已知计数值N， 则可以计算出α= N/
Figure 423730DEST_PATH_IMAGE010
。 要将滤波器的拐角频率校准到设计值，只需要通过该改变电容阵列将当前RC常数乘以系统1/α即可。
在数字电路实现中系数1/α需要用到除法，实现起来电路比较复杂且代价较大。 又由于106为确定值，因此系数已经隐含在测量计数值N105中， 因此才用一个对计数值N105的译码器109即可以将计数值转换为开关电容阵列107的系数108，即可得如下方程：
Figure 108156DEST_PATH_IMAGE016
 。
联立上述二式既可以求得开关电容阵列系数
Figure 297829DEST_PATH_IMAGE019
108。
用开关电容阵列系数控制相应开关电容阵列107的导通和关闭， 就可以调整电容值，进而让RC常数满足滤波器带宽调整要求， 弥补PVT（工艺，电压，温度）偏差引起的滤波器带宽偏离。
总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种有源RC滤波器带宽校准方法，其特征在于，包括有源RC滤波器、                                                
Figure 26561DEST_PATH_IMAGE002
测量模块；
所述的滤波器输出为固定频率方波信号，方波信号频率与RC电阻电容成反比例关系，通过调节RC大小，可改变滤波器输出方波频率，
Figure 262370DEST_PATH_IMAGE003
计算如下：
Figure 2011100909862100001DEST_PATH_IMAGE005
，（1）
输出方波信号周期即脉冲宽度为：
Figure 2011100909862100001DEST_PATH_IMAGE007
（m为常数），（2）
由公式（1）可知，
Figure 335368DEST_PATH_IMAGE003
与RC常数成反比，如此，对RC常数的测量转化为对
Figure 365641DEST_PATH_IMAGE003
的测量；
所述的
Figure 461773DEST_PATH_IMAGE003
测量模块，其数字电路中采用较高频率为
Figure 2011100909862100001DEST_PATH_IMAGE009
的参考时钟对滤波器输出方波脉冲进行计数，将RC值的测量转化为在脉冲宽度内用频率为
Figure 300941DEST_PATH_IMAGE009
的时钟计数的参考值，计算如下：
Figure 367303DEST_PATH_IMAGE012
，
当存在PVT变化影响R和C时，计数值N不等于参考值
Figure 13048DEST_PATH_IMAGE011
；
采用增加电容阵列的方式，可以通过调节电容阵列使RC乘积逼近参考值
Figure 262764DEST_PATH_IMAGE011
，通过调节电容阵列使计数值N接近
Figure 2011100909862100001DEST_PATH_IMAGE013
，采用n位开关电容阵列，可以通过调节电容阵列开关选择导通或者关断相应位电容得到实际电容值如下：
Figure 310354DEST_PATH_IMAGE014
，
当存在PVT（工艺，电压，温度）偏差而影响到RC值时，假设偏差因子为α，则此时用参考频率
Figure 682429DEST_PATH_IMAGE009
对脉冲宽度计数值N为:
Figure 2011100909862100001DEST_PATH_IMAGE015
，
根据已知计数值N，则可以计算出α=N/
Figure 815471DEST_PATH_IMAGE011
，通过改变电容阵列将当前RC常数乘以系数1/α即可将滤波器的拐角频率校准到设计值。
2.按照权利要求1所述的一种有源RC滤波器带宽校准方法，其特征在于：还包括译码器，译码器将计数值N转换为开关电容阵列的系数
Figure 2011100909862100001DEST_PATH_IMAGE017
，可得如下方程：
Figure 931194DEST_PATH_IMAGE018
联立上述二式既可以求得开关电容阵列系数，
用开关电容阵列系数控制相应开关电容阵列的导通和关闭，就可以调整电容值，进而让RC常数满足滤波器带宽调整要求，弥补滤波器带宽偏离。
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