CN102651642A - 滤波器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滤波器电路。在包括串联连接的多个低通滤波器(LPF)的滤波器电路中，多个LPF中的每一个LPF包括开关电容器电路(SC)以及将从SC输出的信号放大并且输出放大后的信号的全差分放大器(AMP)。输入从1比特数模转换器(DAC)输出的信号的LPF的AMP包括离散时间类型共模反馈电路，并且输出从滤波器电路输出的信号的LPF的AMP包括连续时间类型共模反馈电路。

Description

滤波器电路
技术领域
本发明涉及滤波器电路，并且更特别地涉及开关电容器滤波器电路。
背景技术
在音频领域和各种其它通信领域中，数模(D/A)转换器被用来响应于比特流数字信号的输入而输出模拟信号。从这种D/A转换器输出的模拟信号被输入到使用开关电容器和差分放大器而形成的低通滤波器(LPF)。输入到LPF的模拟信号被滤波，以便输出经滤波的信号作为具有充分减少的谐波成分的模拟信号。
日本专利公开No.5-075471和10-070466(专利文献1和2)公开了下面的配置。也就是说，专利文献1和2提供了如下的滤波器电路，在该滤波器电路中，前段中的1比特D/A转换器由开关电容器和全差分放大器形成并且接收比特流数字信号，并且后段中的D/A转换器与由开关电容器和全差分放大器形成的LPF连接。
全差分放大器包括共模反馈电路(在下文中被简写为CMFB电路)，以便使输出的直流(DC)电平稳定。CMFB电路执行反馈以使得从全差分放大器输出的两个信号的平均电压值变为预定的电压值。存在两种类型的CMFB电路：连续时间类型CMFB电路和离散时间类型CMFB电路。连续时间类型CMFB电路包括如下的反馈电路，该反馈电路使通过由电阻对两个输出信号进行分压而获得的平均电压值与预定电压值匹配。
使用开关电容器电路的全差分放大器典型地使用离散时间类型CMFB电路。离散时间类型CMFB电路通过例如将两个输出信号和预定电压值交替地采样到电容器中来离散地执行反馈。然而，专利文献1和2没有给出全差分放大器中的CMFB电路的配置的细节。
发明内容
在一个方面中，一种滤波器电路包括串联连接的多个低通滤波器，并且响应于输入信号输出输出信号，所述多个低通滤波器中的每一个低通滤波器包括将信号输入的开关电容器电路以及将从所述开关电容器电路输出的信号放大并且输出放大后的信号的全差分放大器，其中接收所述输入信号的第一低通滤波器的全差分放大器包括离散时间类型共模反馈电路，并且输出所述输出信号的第二低通滤波器的全差分放大器包括连续时间类型共模反馈电路。
根据该方面，可以获得在失真特性方面优秀的滤波器电路。还可以获得产生更少开关噪声的滤波器电路。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的特征将变得清晰。
附图说明
图1是用于说明根据第一实施例的滤波器电路的配置的框图。
图2是用于说明根据第二实施例的滤波器电路的配置的框图。
图3是用于说明根据第三实施例的滤波器电路的配置的框图。
图4是用于说明根据第三实施例的滤波器电路的配置的电路图。
图5是用于说明根据第三实施例的滤波器电路的操作的时序图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述根据本发明实施例的滤波器电路。
第一实施例
将参考图1所示出的框图描述根据第一实施例的滤波器电路的配置。
根据图1所示出的第一实施例的开关电容器滤波器电路包括与1比特数模转换器(1比特DAC)40串联连接的两个低通滤波器(LPF)。第一低通滤波器(LPF1)包括开关电容器电路(SC)11和全差分放大器(AMP)10，并且第二低通滤波器(LPF2)包括SC 21和AMP20。
在每一个LPF中，来自SC的输出被输入到AMP的非反相输入端子(在下文中被称为+IN端子)和反相输入端子(在下文中被称为-IN端子)。此外，为了将来自AMP的输出反馈到SC，AMP的第一输出端子(其用作正输出端子并且在下文中将被称为OUT_P端子)和AMP的第二输出端子(其用作负输出端子并且在下文中将被称为OUT_N端子)被连接到SC，其中AMP的第二输出端子输出通过将来自OUT_P端子的信号反相而获得的信号。
来自LPF1的输出(来自AMP 10的输出)被输入到LPF2的SC21。注意，每个SC包括多个模拟开关和电容器。
接下来将描述D/A转换器和滤波器电路的操作。当1比特DAC40输入数字比特流输入信号时，它将两个不同的基准电压中的一个基准电压输出到SC 11。例如，如果输入信号处于高电平′1′，则1比特DAC 40输出第一基准电压Vref1；或者如果输入信号处于低电平′0′，则1比特DAC 40输出第二基准电压Vref2(≠Vref1)。
SC 11基于从1比特DAC 40输出的信号来存储电荷。AMP 10将与存储在SC 11中的电荷的量对应的电压放大，并且将放大后的电压输出到SC 21。SC 21基于从AMP 10输出的信号来存储电荷。AMP20将与存储在SC 21中的电荷的量对应的电压放大，并且将放大后的电压输出到其OUT_P端子和OUT_N端子。
每个SC周期性地、交替地断开/闭合与电容器的充电电极连接的模拟开关和与电容器的放电电极连接的模拟开关，由此使电容器充电/放电。这引起电荷迁移，因此脉冲电流流动。当每个模拟开关的操作时钟频率足够高时，电容器可以被视为电阻。频率越高，并且电容器的电容越高，被视为电阻的电容器的电阻值就变得越低。该电阻值和连接在AMP的输入和输出之间的电容器形成LPF。该LPF可以对数字比特流输入信号进行滤波，并且输出具有减少的谐波成分的模拟信号。
SC 11的电容器被从具有与输入信号对应的基准电压Vref1或Vref2的电压源充电。为此，每当SC 11的模拟开关断开/闭合时，输入到AMP 10的信号都遭受显著的电压波动，因此从AMP 10输出的电压也显著地波动。因此，当在AMP 10中使用连续时间类型共模反馈电路(CMFB电路)时，来自AMP 10的输出总是在输出电压中有显著波动的情况下被反馈，因此AMP 10的操作电压范围变宽，因此使失真特性劣化。换句话说，当使用离散时间类型CMFB电路时，可以减少从AMP 10输出的电压中的波动。
此外，当在AMP 20中使用连续时间类型CMFB电路时，可以减少在使用离散时间类型CMFB电路时经历的开关噪声对输出信号的不利影响。输入到AMP 20的信号是已经通过LPF1后的信号，并且因此，与输入到AMP 10的信号相比，每当模拟开关断开/闭合时遭受较小的电压波动。因此，AMP 20优选地使用在输出信号中仅仅产生低开关噪声的连续时间类型CMFB电路。
以这样的方式，有效的是，在AMP 10中使用离散时间类型CMFB电路来改善失真特性，并且在AMP 20中使用连续时间类型CMFB电路来减少开关噪声。根据第一实施例的开关电容器滤波器电路使用包括离散时间类型CMFB电路的全差分放大器来作为LPF1的AMP 10，并且使用包括连续时间类型CMFB电路的全差分放大器来作为LPF2的AMP 20。这使得可以获得在失真特性方面优秀并且产生更少开关噪声的滤波器电路。
第二实施例
下面将描述根据本发明第二实施例的滤波器电路。注意，与第一实施例中相同的附图标记表示第二实施例中的相同的配置，并且不会给出其详细描述。
将参考图2所示出的框图来描述根据第二实施例的滤波器电路的配置。图2所示出的滤波器电路包括与第一实施例中的D/A转换器不同的D/A转换器，不同之处在于，在图2所示出的滤波器电路中AMP 20的OUT_P端子和OUT_N端子与SC 11连接。
将描述图2所示出的D/A转换器和滤波器电路的操作。SC 11和AMP 10基于从1比特DAC 40输出的信号和从AMP 20输出的信号来存储电荷，将与存储的电荷的量对应的电压放大，并且将放大后的电压输出到SC 21。这种配置可以被用来形成例如巴特沃斯滤波器(Butterworth filter)或切比雪夫滤波器(Chebyshev filter)。
在图2所示出的配置中，与第一实施例中的一样，有效的是，在AMP 10中使用离散时间类型CMFB电路来改善失真特性，并且在AMP 20中使用连续时间类型CMFB电路来减少开关噪声。根据第二实施例的开关电容器滤波器电路使用包括离散时间类型CMFB电路的全差分放大器来作为LPF1的AMP 10，并且使用包括连续时间类型CMFB电路的全差分放大器来作为LPF2的AMP 20。这使得可以获得在失真特性方面优秀并且产生更少开关噪声的滤波器电路。
第三实施例
下面将描述根据本发明第三实施例的滤波器电路。注意，与第一实施例或第二实施例中相同的附图标记表示第三实施例中的相同的配置，并且不会给出其详细描述。
虽然在第一实施例和第二实施例中已经描述了包括两个串联连接的LPF的开关电容器滤波器电路，但是在第三实施例中将描述包括三个串联连接的LPF的开关电容器滤波器电路。
将参考图3所示出的框图来描述根据第三实施例的滤波器电路的配置。也就是说，根据第三实施例的滤波器电路包括在第二实施例中使用的LPF1和LPF2之间的第三低通滤波器(LPF3)。
SC 11的输入连接到1比特DAC 40的输出、AMP 10的OUT_P端子和OUT_N端子以及AMP 30的OUT_P端子和OUT_N端子。此外，SC 31的输入连接到AMP 10的OUT_P端子和OUT_N端子、AMP 30的OUT_P端子和OUT_N端子以及AMP 20的OUT_P端子和OUT_N端子。此外，SC 21的输入连接到AMP 30的OUT_P端子和OUT_N端子以及AMP 20的OUT_P端子和OUT_N端子。
将描述图3所示出的滤波器电路的操作。SC 11和AMP 10基于从1比特DAC 40输出的信号和从AMP 30输出的信号来存储电荷，将与存储的电荷的量对应的电压放大，并且将放大后的电压输出到SC31。SC 31和AMP 30基于从AMP 10输出的信号和从AMP 20输出的信号来存储电荷，将与存储的电荷的量对应的电压放大，并且将放大后的电压输出到SC 21。SC 21和AMP 20基于从AMP 30输出的信号来存储电荷，将与存储的电荷的量对应的电压放大，并且输出放大后的电压。
在图3所示出的配置中，每当模拟开关断开/闭合时，输入到AMP10和AMP 30的信号都遭受显著的电压波动，因此从AMP 10和AMP30输出的电压也显著地波动。因此，为了改善失真特性，有效的是，在AMP 10和AMP 30中使用离散时间类型CMFB电路。此外，与第一实施例和第二实施例中一样，为了减少开关噪声，有效的是，在AMP 20中使用连续时间类型CMFB电路。
根据第三实施例的开关电容器滤波器电路使用包括离散时间类型CMFB电路的全差分放大器来作为LPF1的AMP 10和LPF3的AMP 30中的每一个。此外，该开关电容器滤波器电路使用包括连续时间类型CMFB电路的全差分放大器来作为LPF2的AMP 20。这使得可以获得在失真特性方面优秀并且产生更少开关噪声的滤波器电路。
虽然上面已经描述了在LPF1和LPF2之间布置LPF3的配置，但是可以在LPF1和LPF2之间串联地连接多个包括离散时间类型CMFB电路的LPF。这意指可以在LPF1和LPF2之间布置至少一个LPF。在该情况下，来自LPF2的差分输出信号被反馈到布置在LPF1和LPF2之间的LPF中的一个LPF的SC。
将描述根据本实施例的滤波器电路的更详细的电路配置。与图3中相同的附图标记表示与图3所示出的配置对应的元件。参考图4，每个开关电容器电路包括多个电容器和多个开关。分配给多个开关的附图标记表示控制对应开关的断开/闭合的信号。
SC 11包括提供有来自AMP 10的输出作为输入信号的路径、提供有来自AMP 20的输出作为输入信号的路径以及根据控制信号sw1、sw2、dsw和dswb控制的多个开关。在这些信号之中，当来自图3所示出的1比特DAC的输出处于高电平并且控制信号sw1处于高电平时，控制信号dsw处于高电平。此外，当来自1比特DAC的输出处于低电平并且控制信号sw2处于高电平时，控制信号dswb处于高电平。
SC 21包括通过其将来自全差分放大器20的输出经由反馈电容器反馈到全差分放大器20的输入端子的路径、以及选择性地提供有来自全差分放大器20和30的输出作为输入信号的路径。
SC 31包括通过其将来自全差分放大器30的输出经由布置在反馈路径中的电容器(反馈电容器)反馈到全差分放大器30的输入端子的路径、以及选择性地提供有来自全差分放大器30和20的输出作为输入信号的路径。
接下来将参考图5所示出的时序图来描述图4所示出的滤波器电路的操作。每个开关在对应控制信号变为高电平时被导通，并且在该信号变为低电平时被截止。“数据”表示输入到1比特DAC的数字信号。
控制信号sw1和sw2被交替地提供给滤波器电路，因此它们的高电平或低电平彼此不重合。在数字信号“数据”处于高电平时，控制信号sw1和sw2被交替地输入，以使得SC 11以第二基准电压Vref2为基准地将电压(Vref1-Vref3)传递到全差分放大器10的+IN端子。再次，在数字信号“数据”处于高电平时，控制信号sw1和sw2被交替地输入，以使得SC 11以第一基准电压Vref1为基准地将电压(Vref3-Vref2)传递到全差分放大器10的-IN端子。在该情况下，基准电压Vref3与第一基准电压Vref1和Vref2不同。
另一方面，在数字信号“数据”处于低电平时，控制信号sw1和sw2被交替地输入，以使得SC 11以第一基准电压Vref1为基准地将电压(Vref3-Vref2)传递到全差分放大器10的+IN端子。再次，在数字信号“数据”处于低电平时，控制信号sw1和sw2被交替地输入，以使得SC 11以第二基准电压Vref2为基准地将电压(Vref1-Vref3)传递到全差分放大器10的+IN端子。
SC 21基于控制信号sw1和sw2来接收来自全差分放大器30和20的输出作为输入信号。
此外，SC 31基于控制信号sw1和sw2来接收来自全差分放大器10和30的输出作为输入信号。
注意，上面描述的实施例仅仅提供了在实践本发明时的具体示例，并且不应该被解释为限制本发明的技术范围。也就是说，在不脱离本发明的主要特征或技术想法的情况下能够以各种形式实践本发明。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (7)

1.一种滤波器电路，包括串联连接的多个低通滤波器，并且响应于输入信号来输出输出信号，
所述多个低通滤波器中的每一个低通滤波器包括将信号输入的开关电容器电路以及将从所述开关电容器电路输出的信号放大并且输出放大后的信号的全差分放大器，
其中接收所述输入信号的第一低通滤波器的全差分放大器包括离散时间类型共模反馈电路，并且
输出所述输出信号的第二低通滤波器的全差分放大器包括连续时间类型共模反馈电路。
2.根据权利要求1所述的滤波器电路，其中来自所述多个低通滤波器的全差分放大器的差分输出信号分别被输入到对应的低通滤波器的开关电容器电路。
3.根据权利要求1所述的滤波器电路，其中来自第二低通滤波器的全差分放大器的差分输出信号被输入到第一低通滤波器的开关电容器电路。
4.根据权利要求1所述的滤波器电路，其中至少一个低通滤波器被串联连接在第一低通滤波器与第二低通滤波器之间，在所述至少一个低通滤波器中全差分放大器包括离散时间类型共模反馈电路。
5.根据权利要求4所述的滤波器电路，其中来自第二低通滤波器的全差分放大器的差分输出信号被输入到所述至少一个低通滤波器中的一个低通滤波器的开关电容器电路。
6.根据权利要求1所述的滤波器电路，其中第三低通滤波器被串联连接在第一低通滤波器与第二低通滤波器之间，在第三低通滤波器中全差分放大器包括离散时间类型共模反馈电路，
其中来自第三低通滤波器的全差分放大器的差分输出信号被输入到第一低通滤波器的开关电容器电路，以及
其中来自第二低通滤波器的全差分放大器的差分输出信号被输入到第三低通滤波器的开关电容器电路。
7.根据权利要求1所述的滤波器电路，其中所述输入信号包括来自1比特数模转换器的输出。
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