CN103051305B - 一种片上滤波器的调谐电路及调谐方法 - Google Patents

Abstract

<b>本发明涉及一种片上滤波器的调谐电路及调谐方法。该调谐电路及方法是通过滤波器自身固有的频率相位响应特性，将滤波器在空闲时刻接成闭合环路，使其自激振荡，并检测其自激振荡的频率和幅值，并对滤波器参数进行调整，实现滤波器的频率和Q值调谐。本发明结构简单，滤波器的调谐结果受CMOS工艺一致性误差与版图设计影响较低，电路易于实现。可同时实现片上滤波器的频率与Q值调谐的功能。</b>

Description

一种片上滤波器的调谐电路及调谐方法

技术领域

本发明涉及滤波器的直接调谐电路及直接调谐方法。

背景技术

目前，滤波器已广泛集成在CMOS芯片（互补型金属氧化物半导体）上，提供滤波功能。与分立元件不同，由于集成电路工艺偏差、版图设计以及温度变化等影响，片上集成滤波器的原件参数与设计值偏差较大，需要经过调谐，实现在一定频率范围内低通、高通、带通或带阻等频率特性。

目前的调谐方法一般分为直接调谐与间接调谐两种，间接调谐是通过设计一个与滤波器结构相似的从模块，如主从滤波器或滤波器振荡器的调谐系统结构，对不参与信号传输的从模块的输入输出信号进行检测并调整控制信号，并改变电路中器件参数，使之输出与参考目标一致，同时将控制信号输出到原滤波器电路中，使其原件参数调整到与从模块相同，实现对滤波器的间接调谐。例如，申请号为200580042740.0的中国发明申请专利的图15所示的调谐电路。

直接调谐方法是通过在滤波器空闲时刻对滤波器输入特定参考信号，并将输入、输出信号进行对比，产生调谐信号，使滤波器的输出达到目标值。例如，申请号为200580042740.0的中国发明申请专利的图16所示的调谐电路。

间接调谐与直接调谐方法的各有优缺点是：间接调谐能实时调整滤波器参数，不阻碍信号传输；而直接调谐需要在信号传输空闲时才能对滤波器进行调谐，也就是说，直接调谐需要系统是时分复用系统，它需要利用空闲的时隙对滤波器的频率特性进行实时调谐。但间接调谐方法很难克服工艺精度偏差、版图匹配等问题，从模块的调谐结果不一定能适用于原滤波器电路，导致主滤波器的调谐结果精度差、良率较低，当温度变化较大的时候，主从电路间的差异增加，使主滤波器的频率特性偏离目标值，甚至引起滤波器振荡等问题。

无论使用哪一种调谐方法，对滤波器进行调谐通常包括频率调谐和Q值调谐。频率调谐电路就是对滤波器中器件参数进行调整，在滤波器电路中，有源和无源器件因工艺偏差和温度引起的参数变化，会引起滤波器频率特性变化，通过频率调谐使之频率特性与设计目标一致，如频率调谐出现误差，可能引起滤波器通带带宽不足或阻带衰减不足的现象，而通带内相同频率下的输入信号相位延迟也会改变；Q值调谐用以修正滤波器中Q值的偏差。由于片上集成器件的非理想因素，如器件串联寄生电阻非无穷小，各个节点对地寄生并联电阻非无穷大，会引起输入信号在滤波器传输时的能量损耗，这些非理想的寄生损耗可以等效为节点上对地的并联正阻。Q值调谐电路的原理是在电路各节点上产生一个可变化的负阻，调整使之与电路中固有的等效正阻相等，使各个节点的非理想等效对地电阻为无穷大，因此信号在滤波器传输中，不产生额外的能量损耗。当增加的负阻不足以抵消等效正阻时，滤波器中会出现额外的功耗，滤波器矩形特性变差，通带增益小于设计的目标值，相位延迟也会发生变化，若增加的负阻过多，使滤波器中某些极点向右移动，降低滤波器的稳定性，整体通带增益也会高于设计值，甚至使滤波器振荡。

但是，目前的片上滤波器调谐电路均无法同时实现频率调谐和Q值调谐的功能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种片上滤波器的调谐电路及调谐方法，其能同时实现对片上滤波器进行频率和Q值调谐的功能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种片上滤波器的调谐电路，其包括：

一滤波器，用于在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，输出自激振荡信号；

一信号选择电路，用于在滤波器空闲时，将滤波器的信号输入端与输入信号断开，将滤波器的信号输入端与信号输出端连接，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路连接，以使滤波器、Q值调谐电路、采样保持电路形成第一调谐环路，滤波器、频率调谐电路、采样保持电路形成第二调谐环路；以及用于在滤波器工作时，将滤波器的信号输入端与信号输出端断开，将滤波器的信号输入端接入输入信号，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路断开，以使滤波器对输入信号进行滤波；

一Q值调谐电路，用于将滤波器的自激振荡信号与一参考电平信号进行比较后输出Q值调谐信号，以调整自激振荡信号的幅值；

一频率调谐电路，用于将滤波器的自激振荡信号与一参考时钟信号进行比较后输出频率调谐信号，以调整自激振荡信号的频率及相位；

一采样保持电路，用于接收并保存频率调谐信号和Q值调谐信号，并在滤波器空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号和Q值调谐信号输出至滤波器的调谐输入端；

其中，第一调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的幅值与参考电平信号相等；第二调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的频率、相位均与参考时钟信号相等。

优选的，为了使频率调谐电路与Q值调谐电路能相对独立地进行调谐，将Q值调谐电路设计为快环路而频率调谐电路设计为慢环路，即第一调谐环路的闭环带宽在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上。进一步的，所述Q值调谐电路，还用于在第一调谐环路形成时，通过采样保持电路驱动滤波器产生自激振荡信号。

优选的，所述频率调谐电路包括：

一电荷泵的充电电流源；

一电荷泵的放电电流源；

一电容器C1；

一鉴频鉴相器，用于将滤波器的自激振荡信号与参考时钟信号进行比较，以输出充电脉冲信号及放电脉冲信号；

一充电开关S1，用于在接收到充电脉冲信号时，控制充电电流源与电容器C1连接，以使充电电流源对电容器C1进行充电；以及用于在没有接收到充电脉冲信号时，控制充电电流源与电容器C1断开；

一放电开关S2，用于在接收到放电脉冲信号时，控制放电电流源与电容器C1连接，以使放电电流源对电容器C1进行放电；以及用于在没有接收到放电脉冲信号时，控制放电电流源与电容器C1断开；

其中，电容器C1上的电压为频率调谐信号。

优选的，所述Q值调谐电路包括电容器C2、二极管D1、电容器C3、电阻R1以及误差放大器；电容器C2的一端用于接收自激振荡信号，另一端与二极管D1的正极连接；误差放大器的第一输入端、电容器C3的一端、电阻R1的一端均与二极管D1的负极连接；电容器C3的另一端、电阻R1的另一端均接地；误差放大器的第二输入端用于接收参考电平信号，误差放大器的输出端用于输出Q值调谐信号。进一步的，电阻R1与电容器C3组成的RC时间常数大于滤波器的自激振荡周期。

优选的，所述采样保持电路包括第一保持电路和第二保持电路；

所述第一保持电路包括：

一使能开关S3，其受控于信号选择电路，用于在滤波器空闲时闭合，以使Q值调谐电路与电容器C4连接，在滤波器工作时断开，以使Q值调谐电路与电容器C4断开；

以及一电容器C4，用于在滤波器空闲时，接收并保存Q值调谐信号，在滤波器空闲时及工作时，将保存的Q值调谐信号输出至滤波器；

所述第二保持电路包括：

一使能开关S4，其受控于信号选择电路，用于在滤波器空闲时闭合，以使频率调谐电路与电容器C5连接，在滤波器工作时断开，以使频率调谐电路与电容器C5断开；

以及一电容器C5，用于在滤波器空闲时，接收并保存频率调谐信号，在滤波器空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号输出至滤波器。

优选的，若在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，所述滤波器的输出增益为0dB，则不必在电路中加入增益补偿模块。

若在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，所述滤波器的输出增益为非0dB，则需要在电路中加入增益补偿模块。所述信号选择电路还用于在滤波器空闲时，将滤波器的信号输入端通过一增益补偿模块与信号输出端连接，以及用于在滤波器工作时，将滤波器的信号输入端或信号输出端与增益补偿模块断开；所述增益补偿模块用于在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，将滤波器的输出增益调整为0dB。所述增益补偿模块为固定增益单元（具体参数根据滤波器的输出增益而定），具体可以是增益放大器，将滤波器的输出增益增大或减少为0dB反馈至滤波器的信号输入端。

相应的，本发明还提供一种片上滤波器的调谐方法，其包括以下步骤：

在滤波器空闲时，信号选择电路将滤波器的信号输入端与输入信号断开，将滤波器的信号输入端与信号输出端连接，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路连接，以使滤波器、Q值调谐电路、采样保持电路形成第一调谐环路，滤波器、频率调谐电路、采样保持电路形成第二调谐环路；

在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，滤波器输出自激振荡信号；

Q值调谐电路将滤波器的自激振荡信号与一参考电平信号进行比较后输出Q值调谐信号，以调整自激振荡信号的幅值；

频率调谐电路将滤波器的自激振荡信号与一参考时钟信号进行比较后输出频率调谐信号，以调整自激振荡信号的频率及相位；

采样保持电路接收并保存频率调谐信号和Q值调谐信号，并在滤波器空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号和Q值调谐信号输出至滤波器的调谐输入端；

当第一调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的幅值与参考电平信号相等；当第二调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的频率、相位均与参考时钟信号相等；

在滤波器工作时，信号选择电路将滤波器的信号输入端与信号输出端断开，将滤波器的信号输入端接入输入信号，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路断开，以使滤波器对输入信号进行滤波。

优选的，第一调谐环路的闭环带宽在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上。进一步的，在第一调谐环路形成时，Q值调谐电路通过采样保持电路驱动滤波器产生自激振荡信号。

本发明的原理概述：本发明的调谐电路及方法是通过滤波器自身固有的频率相位响应特性，将滤波器在空闲时刻接成闭合环路，使其自激振荡，并检测其自激振荡的频率和幅值，并对滤波器参数进行调整，实现滤波器的频率和Q值调谐。

如图10所示，以带通滤波器为例，示意滤波器的传输函数和通带特性：

$T\left(s\right)=\frac{Z\left(s\right)}{P\left(s\right)}.$

其中，Z(s)为零点方程，P(s)为极点方程，在通带频率范围f1-f2内，滤波器增益实现0dB增益，因此有即P(s)=Z(s)，而当滤波器结构确定以后，在通带范围内，相位翻转为360°对应的频率f0是固定的。

滤波器对不同频率的输入信号的幅值进行调整的同时，对于不同频率的输入信号的相位也会产生不同的延迟。对于相同结构和参数的滤波器，输入、输出信号翻转180°、360°或其整数倍相位的频率是固定的，当滤波器器件参数变化时，即使不考虑原件非理想因素的影响，输入信号翻转在360°或其整数倍相位的频率点也会变化。当滤波器的Q值调谐有误差时，滤波器在信号传输中就有额外的能量损耗加入其中，在Q值调谐产生过多的负跨导时，通带内增益会大于原设计值，而在Q值调谐负跨导不足时通带增益会小于原设计值，若最终等效的正负跨导不能完全抵消的话，滤波器传输函数极点位置就会受到影响，频率特性也与设计目标有偏差。综上所述，滤波器在特定相移（如360°以及其整数倍相位）下的频率值和滤波器对该频率点的增益反映了滤波器频率调谐和Q值调谐的准确度。为得到这两个值，可以通过将滤波器的信号输入端与信号输出端连接起来，形成自激振荡环路，检测滤波器的自激振荡信号的频率和振幅而得到。

如图11和图12所示，为滤波器调谐出现偏差时，滤波器频率响应的结果。图11为频率调谐偏差，图12是Q值调谐偏差。

以一个0dB增益带通滤波器为例，假设当其频率调谐与Q值调谐都正确的时候，相位翻转360°的频率值是f0，f0在滤波器的通带频率范围内，因此在该频率下增益为0dB，若将此滤波器的信号输入端与信号输出端相接，则滤波器环路在f0处符合等幅振荡的条件（即相位翻转360°或其整数倍，在该频率处，P(f0)=Z(f0)，环路增益为1，即0dB），形成一个在f0频率上等幅振荡的振荡器。当滤波器参数与目标值有偏差，滤波器自激振荡频率就不会出现在f0（如图11所示，振荡频率可能偏移到f0_a或f0_b），而振荡幅值也会出现增幅振荡（因传输函数出现偏差，如P(f0)>Z(f0)或P(f0)<Z(f0)，使滤波器自激振荡），直到输出饱和，或出现减幅振荡，振荡最终停止。通过检测滤波器环路的自激振荡信号的幅值和频率，并调谐滤波器中器件参数与等效负阻，使自激振荡信号与设计参考输入信号相同，实现调谐的目的。

此外，对于通带内相位翻转超过180°，不足360°的结构，可以通过连接滤波器的信号输入与信号输出的反向端，形成相位360°翻转；若在滤波器通带超过一次出现相位翻转360°以及其整数倍相位的频率，可以在调谐环路接入低通或高通滤波器，使环路中仅保留一个与参考时钟信号相同的频率点形成环路自激振荡，对于通带增益非0dB的滤波器，可以通过在调谐环路插入固定增益放大器，将输出增益设计值增大或减少为0dB反馈到滤波器的信号输入端进行检测和调谐。

本发明具有如下有益效果：

结构简单，滤波器的调谐结果受CMOS工艺一致性误差与版图设计影响较低，电路易于实现。可同时实现片上滤波器的频率与Q值调谐的功能。

附图说明

图1为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路的原理方框图；

图2为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路在滤波器空闲时的原理方框图；

图3为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路在滤波器工作时的原理方框图；

图4为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路的Q值调谐电路的结构示意图；

图5为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路的频率调谐电路的结构示意图；

图6为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路的第一保持电路的结构示意图；

图7为本发明实施例一的片上滤波器的调谐电路的第二保持电路的结构示意图；

图8为本发明实施例一的片上滤波器的调谐方法的流程图；

图9为本发明实施例二的片上滤波器的调谐电路在滤波器空闲时的原理方框图；

图10为滤波器的传输函数和通带特性示意图；

图11为滤波器调谐出现偏差时的频率调谐偏差示意图；

图12为滤波器调谐出现偏差时的Q值调谐偏差示意图。

附图标记：10、滤波器；20、频率调谐电路；21、鉴频鉴相器；30、Q值调谐电路；40、采样保持电路；50、信号选择电路；S100、输入信号；S200、频率调谐信号；S300、Q值调谐信号；S400、自激振荡信号；S500、参考时钟信号；S600、参考电平信号；S700、充电脉冲信号；S800、放电脉冲信号。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例一

如图1所示，一种片上滤波器的调谐电路，其包括滤波器10、信号选择电路50、Q值调谐电路30、采样保持电路40以及频率调谐电路20。

本实施例的信号选择电路50可由多个信号选择开关及控制所述信号选择开关启闭的控制逻辑构成。信号选择电路50，用于在滤波器10空闲时，将滤波器10的信号输入端（图未标出）与输入信号S100断开，将滤波器10的信号输入端与信号输出端（图未标出）连接，将频率调谐电路20、Q值调谐电路30分别与采样保持电路40连接，如图2所示，以使滤波器10、Q值调谐电路30、采样保持电路40形成第一调谐环路，滤波器10、频率调谐电路20、采样保持电路40形成第二调谐环路；以及用于在滤波器10工作时，将滤波器10的信号输入端与信号输出端断开，将滤波器10的信号输入端接入输入信号S100，将频率调谐电路20、Q值调谐电路30分别与采样保持电路40断开，如图3所示，以使滤波器10对输入信号S100进行滤波。

如图2所示，滤波器10，用于在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，输出自激振荡信号S400。Q值调谐电路30，用于将滤波器10的自激振荡信号S400与一参考电平信号S600（结合图4所示）进行比较后输出Q值调谐信号S300，以调整自激振荡信号S400的幅值。频率调谐电路20，用于将滤波器10的自激振荡信号S400与一参考时钟信号S500（结合图5所示）进行比较后输出频率调谐信号S200，以调整自激振荡信号S400的频率及相位。

采样保持电路40，用于接收并保存频率调谐信号S200和Q值调谐信号S300，并在滤波器10空闲时及工作时（结合图2和图3所示），将保存的频率调谐信号S200和Q值调谐信号S300输出至滤波器10的调谐输入端（图未标出）。需要说明的是，当采样保持电路40与频率调谐电路20、Q值调谐电路30连接后，即当采样保持电路40接收到新的频率调谐信号S200和Q值调谐信号S300时，对已保存的频率调谐信号S200和Q值调谐信号S300进行更新；当采样保持电路40与频率调谐电路20、Q值调谐电路30断开后，仍然可以对滤波器10输出已保存的频率调谐信号S200和Q值调谐信号S300,。

在调谐过程中（如图2所示），当第一调谐环路稳定时，滤波器10的自激振荡信号S400的幅值与参考电平信号相等，滤波器10的自激振荡为等幅振荡，从而实现Q值调谐；当第二调谐环路稳定时，滤波器10的自激振荡信号S400的频率、相位均与参考时钟信号相等，从而实现频率调谐。

结合图2、图4所示，本实施例的Q值调谐电路30包括电容器C2、二极管D1、电容器C3、电阻R1以及误差放大器U4。电容器C2的一端用于接收自激振荡信号S400，另一端与二极管D1的正极连接；误差放大器U4的第一输入端（图未标出）、电容器C3的一端、电阻R1的一端均与二极管D1的负极连接；电容器C3的另一端、电阻R1的另一端均接地；误差放大器U4的第二输入端（图未标出）用于接收参考电平信号S600（参考电平信号S600选取在滤波器10的线性范围内，可由CMOS芯片内部的基准电压产生，此处未画出相关电路），误差放大器U4的输出端用于输出Q值调谐信号S300。电容器C2对自激振荡信号S400进行隔直，通过二极管D1和电容器C3对隔直后的自激振荡信号S400进行峰值采样，通过误差放大器U4与参考电平信号S600进行比较后输出Q值调谐信号S300，由上述可知，当自激振荡为减幅振荡时，Q值调谐信号S300使滤波器中并联等效负阻增加，当自激振荡为增幅振荡时，Q值调谐信号S300使滤波器中并联等效负阻减少。由于电阻R1提供电容器C3的放电通路，电阻R1与电容器C3组成的RC时间常数略大于滤波器的自激振荡周期。

结合图2、图5所示，本实施例的频率调谐电路20包括电荷泵的充电电流源P1、电荷泵的放电电流源P2、电容器C1、鉴频鉴相器（PFD，PhaseFrequencyDetector）21、充电开关S1以及放电开关S2。

鉴频鉴相器21可由D触发器U1、D触发器U2、与非门U3构成（D触发器U1、D触发器U2、与非门U3三者之间的连接关系为现有技术，此处不再赘述）。鉴频鉴相器21用于将滤波器10的自激振荡信号S400与参考时钟信号S500进行比较，以输出充电脉冲信号S700及放电脉冲信号S800。所示参考时钟信号S500为滤波器10的设计原型中相位翻转360°或其倍数相位的通带频率范围上的频率点。

充电开关S1，用于在接收到充电脉冲信号S700时，控制充电电流源P1与电容器C1连接，以使充电电流源P1对电容器C1进行充电；以及用于在没有接收到充电脉冲信号S700时，控制充电电流源P1与电容器C1断开。

放电开关S2，用于在接收到放电脉冲信号S800时，控制放电电流源P2与电容器C1连接，以使放电电流源P2对电容器C1进行放电；以及用于在没有接收到放电脉冲信号S800时，控制放电电流源P2与电容器C1断开。

需要说明的是，电容器C1上的电压即为频率调谐信号S200。频率调谐电路20的工作过程为：鉴频鉴相器21将自激振荡信号S400与参考时钟信号S500的频率、相位进行比较，输出充电脉冲信号S700或放电脉冲信号S800，以使充电开关S1或放电开关S2控制充电电流源P1或放电电流源P2对电容器C1进行充电或放电，电容器C1输出的频率调谐信号S200反馈到第二调谐环路，使自激振荡信号S400的频率上升或下降，直到自激振荡信号S400与参考时钟信号S500的频率相等、相位一致。

为了使频率调谐电路20与Q值调谐电路30能相对独立地进行调谐，将Q值调谐电路30设计为快环路而频率调谐电路20设计为慢环路，即第一调谐环路的闭环带宽在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上。

结合图2、图3、图6、图7所示，本实施例的采样保持电路40包括第一保持电路和第二保持电路。如图6所示，所述第一保持电路包括使能开关S3和电容器C4。使能开关S3受控于信号选择电路50，使能开关S3用于在滤波器10空闲时闭合，以使Q值调谐电路30与电容器C4连接，在滤波器10工作时断开，以使Q值调谐电路30与电容器C4断开；电容器C4，用于在滤波器10空闲时，接收并保存Q值调谐信号S300，在滤波器10空闲时及工作时，将保存的Q值调谐信号S300输出至滤波器10。如图7所示，所述第二保持电路包括使能开关S4和电容器C5。使能开关S4受控于信号选择电路50，使能开关S4用于在滤波器10空闲时闭合，以使频率调谐电路20与电容器C5连接，在滤波器10工作时断开，以使频率调谐电路20与电容器C5断开；电容器C5，用于在滤波器10空闲时，接收并保存频率调谐信号S200，在滤波器10空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号S200输出至滤波器10。

结合图2、图4至图7，以一个0dB增益、通带内相位翻转超过360°的带通滤波器为例，对本实施例的片上滤波器的调谐电路的工作过程进行如下描述：

滤波器10空闲时，滤波器10的信号输入端与输入信号端口，滤波器10的信号输入端连接到其信号输出端，结合闭环结构。由滤波器10的设计原型决定了，滤波器10在通带频段内，存在相位翻转为360°的频率点，但由于工艺、温度等因素影响，此频率点不一定与设计值相等，假设此时滤波器10在频率fa下相位翻转为360°。在第一调谐环路和第二调谐环路刚形成时（即调谐刚启动时），Q值调谐电路30的电容器C3上的电荷被电阻R1完全释放，电压为0，若滤波器10环路不起振，则Q值调谐电路30输出为最高值，即设置并联等效负阻为最大，也就是说，此时Q值调谐电路30为过调谐，滤波器10通带增益大于0dB，则滤波器10在频率fa达到了自激振荡的条件，产生自激振荡信号S400。这是由于Q值调谐电路30为快环路，在第一调谐环路形成时，就可以比第二调谐环路更早地通过采样保持电路40来驱动滤波器10产生自激振荡信号S400了。

在滤波器10产生自激振荡信号S400后，Q值调谐电路30将滤波器10的自激振荡信号S400与一参考电平信号S600进行比较后输出Q值调谐信号S300，以调整自激振荡信号S400的幅值。调整时，若自激振荡信号S400的振幅不断增加，则Q值调谐电路30输出的Q值调谐信号S300可减少滤波器10中的并联等效负阻，若自激振荡信号S400的振幅不断减少，则Q值调谐电路30输出的Q值调谐信号S300可增加滤波器10中的并联等效负阻，直到滤波器10的自激振荡为等幅振荡，即自激振荡信号S400的幅值与参考电平信号S600相等。

由于第一调谐环路的闭环带宽在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上，所以Q值调谐电路30与频率调谐电路20可相对独立的进行调谐。

频率调谐电路20将滤波器10的自激振荡信号S400与一参考时钟信号S500进行比较后输出频率调谐信号S200，以调整自激振荡信号S400的频率及相位。调整时，频率调谐信号S200使滤波器10的自激振荡信号S400的频率增加或减少，直到自激振荡信号S400最终与参考时钟信号S500的频率、相位相等，从而实现频率调谐。由于第一调谐环路的闭环带宽在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上，因此，在频率调谐过程中，第一调谐环路已经处于稳定的状态，也就是说，滤波器10节点上等效寄生对地阻抗趋向于无穷大，寄生参数不影响滤波器10的相位变化，滤波器10的增益与相位的频率响应特性仅与器件参数有关。

当滤波器10的自激振荡信号S400的频率、相位与参考时钟信号S500相等，并进行稳定的等幅振荡时，滤波器10的参数已经被调整到与设计原型相同，各个节点上等效寄生对地阻抗无穷大。

在调谐过程中，Q值调谐信号S300和频率调谐信号S200都是通过采样保持电路40输出给滤波器10的。在滤波器10工作时，即有输入信号S100要进入滤波器10进行滤波，信号选择电路50使第一调谐环路和第二调谐环路断开，由于在调谐过程中产生的Q值调谐信号S300和频率调谐信号S200被保存在采样保持电路40中，即使第一调谐环路和第二调谐环路断开，如图3所示，采样保持电路40仍然能够对滤波器10输出Q值调谐信号S300和频率调谐信号S200，使已调整后的滤波器10的器件参数不变。直到进入下一次调谐过程后，采样保持电路40中的Q值调谐信号S300和频率调谐信号S200才会被更新。

如图8所示，本实施例还提供一种用于实现上述片上滤波器的调谐电路的调谐方法，其包括以下步骤：

步骤S1、在滤波器空闲时，信号选择电路将滤波器的信号输入端与输入信号断开，将滤波器的信号输入端与信号输出端连接，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路连接，以使滤波器、Q值调谐电路、采样保持电路形成第一调谐环路，滤波器、频率调谐电路、采样保持电路形成第二调谐环路。

步骤S2、在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，滤波器输出自激振荡信号。若第一调谐环路的闭环带宽设置在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上，在第一调谐环路形成时，自激振荡信号由Q值调谐电路通过采样保持电路驱动产生。

步骤S3、Q值调谐电路将滤波器的自激振荡信号与一参考电平信号进行比较后输出Q值调谐信号，以调整自激振荡信号的幅值；

频率调谐电路将滤波器的自激振荡信号与一参考时钟信号进行比较后输出频率调谐信号，以调整自激振荡信号的频率及相位。

此时，采样保持电路接收并保存频率调谐信号和Q值调谐信号，并将接收到的频率调谐信号和Q值调谐信号输出至滤波器的调谐输入端。

步骤S4、当第一调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的幅值与参考电平信号相等；当第二调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的频率、相位均与参考时钟信号相等。

步骤S5、采样保持电路继续接收并保存频率调谐信号和Q值调谐信号，直到滤波器工作时，信号选择电路将滤波器的信号输入端与信号输出端断开，将滤波器的信号输入端接入输入信号，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路断开，以使滤波器对输入信号进行滤波。采样保持电路继续将保存的频率调谐信号和Q值调谐信号输出至滤波器的调谐输入端。

实施例二

实施例一适用于输出增益为0dB的滤波器。而本实施例适用于输出增益为非0dB的滤波器。如图9所示，本实施例与实施例一的区别在于增加了增益补偿模块。具体如下：

调谐时（即滤波器处于空闲时），信号选择电路将滤波器10的信号输入端与输入信号断开，将滤波器10的信号输入端通过一增益补偿模块与信号输出端连接，将频率调谐电路20、Q值调谐电路30分别与采样保持电路40连接，以使滤波器10、Q值调谐电路30、采样保持电路40形成第一调谐环路，滤波器10、频率调谐电路20、采样保持电路40形成第二调谐环路。

所述增益补偿模块用于在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，将滤波器的输出增益调整为0dB。

结合图3所示，在滤波器工作时，信号选择电路将滤波器10的信号输入端或信号输出端与增益补偿模块断开，将滤波器10的信号输入端接入输入信号S100，将频率调谐电路20、Q值调谐电路30分别与采样保持电路40断开，以使滤波器10对输入信号进行滤波。

本实施例的调谐方法与实施例一相同，只是增加了增益补偿模块，以调整滤波器的输出增益。

上述各实施例涉及到的控制开关、充电开关S1、放电开关S2、使能开关S3、使能开关S4均可由晶体管实现。

此外，还可以将Q值调谐电路设计为慢环路而频率调谐电路设计为快环路，那么，第一调谐环路和第二调谐环路刚形成时，就由频率调谐电路来驱动滤波器产生自激振荡信号。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种片上滤波器的调谐电路，其特征在于，包括：

一滤波器，用于在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，输出自激振荡信号；

一信号选择电路，用于在滤波器空闲时，将滤波器的信号输入端与输入信号断开，将滤波器的信号输入端与信号输出端连接，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路连接，以使滤波器、Q值调谐电路、采样保持电路形成第一调谐环路，滤波器、频率调谐电路、采样保持电路形成第二调谐环路；以及用于在滤波器工作时，将滤波器的信号输入端与信号输出端断开，将滤波器的信号输入端接入输入信号，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路断开，以使滤波器对输入信号进行滤波；

一Q值调谐电路，用于将滤波器的自激振荡信号与一参考电平信号进行比较后输出Q值调谐信号，以调整自激振荡信号的幅值；

一频率调谐电路，用于将滤波器的自激振荡信号与一参考时钟信号进行比较后输出频率调谐信号，以调整自激振荡信号的频率及相位；

一采样保持电路，用于接收并保存频率调谐信号和Q值调谐信号，并在滤波器空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号和Q值调谐信号输出至滤波器的调谐输入端；

其中，第一调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的幅值与参考电平信号相等；第二调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的频率、相位均与参考时钟信号相等；

所述Q值调谐电路包括电容器C2、二极管D1、电容器C3、电阻R1以及误差放大器；电容器C2的一端用于接收自激振荡信号，另一端与二极管D1的正极连接；误差放大器的第一输入端、电容器C3的一端、电阻R1的一端均与二极管D1的负极连接；电容器C3的另一端、电阻R1的另一端均接地；误差放大器的第二输入端用于接收参考电平信号，误差放大器的输出端用于输出Q值调谐信号；

所述频率调谐电路包括：

一电荷泵的充电电流源；

一电荷泵的放电电流源；

一电容器C1；

一鉴频鉴相器，用于将滤波器的自激振荡信号与参考时钟信号进行比较，以输出充电脉冲信号及放电脉冲信号；

一充电开关S1，用于在接收到充电脉冲信号时，控制充电电流源与电容器C1连接，以使充电电流源对电容器C1进行充电；以及用于在没有接收到充电脉冲信号时，控制充电电流源与电容器C1断开；

一放电开关S2，用于在接收到放电脉冲信号时，控制放电电流源与电容器C1连接，以使放电电流源对电容器C1进行放电；以及用于在没有接收到放电脉冲信号时，控制放电电流源与电容器C1断开；

其中，电容器C1上的电压为频率调谐信号。

2.如权利要求1所述的片上滤波器的调谐电路，其特征在于，第一调谐环路的闭环带宽在第二调谐环路的闭环带宽的5倍频以上。

3.如权利要求2所述的片上滤波器的调谐电路，其特征在于，所述Q值调谐电路，还用于在第一调谐环路形成时，通过采样保持电路驱动滤波器产生自激振荡信号。

4.如权利要求1所述的片上滤波器的调谐电路，其特征在于，电阻R1与电容器C3组成的RC时间常数大于滤波器的自激振荡周期。

5.如权利要求1所述的片上滤波器的调谐电路，其特征在于，所述采样保持电路包括第一保持电路和第二保持电路；

所述第一保持电路包括：

一使能开关S3，其受控于信号选择电路，用于在滤波器空闲时闭合，以使Q值调谐电路与电容器C4连接，在滤波器工作时断开，以使Q值调谐电路与电容器C4断开；

以及一电容器C4，用于在滤波器空闲时，接收并保存Q值调谐信号，在滤波器空闲时及工作时，将保存的Q值调谐信号输出至滤波器；

所述第二保持电路包括：

一使能开关S4，其受控于信号选择电路，用于在滤波器空闲时闭合，以使频率调谐电路与电容器C5连接，在滤波器工作时断开，以使频率调谐电路与电容器C5断开；

以及一电容器C5，用于在滤波器空闲时，接收并保存频率调谐信号，在滤波器空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号输出至滤波器。

6.如权利要求1所述的片上滤波器的调谐电路，其特征在于，在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，所述滤波器的输出增益为0dB。

7.如权利要求1所述的片上滤波器的调谐电路，其特征在于，在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，所述滤波器的输出增益为非0dB；所述信号选择电路还用于在滤波器空闲时，将滤波器的信号输入端通过一增益补偿模块与信号输出端连接，以及用于在滤波器工作时，将滤波器的信号输入端或信号输出端与增益补偿模块断开；所述增益补偿模块用于在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，将滤波器的输出增益调整为0dB。

8.一种片上滤波器的调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

在滤波器空闲时，信号选择电路将滤波器的信号输入端与输入信号断开，将滤波器的信号输入端与信号输出端连接，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路连接，以使滤波器、Q值调谐电路、采样保持电路形成第一调谐环路，滤波器、频率调谐电路、采样保持电路形成第二调谐环路；

在第一调谐环路和第二调谐环路形成后，滤波器输出自激振荡信号；

Q值调谐电路将滤波器的自激振荡信号与一参考电平信号进行比较后输出Q值调谐信号，以调整自激振荡信号的幅值；

频率调谐电路将滤波器的自激振荡信号与一参考时钟信号进行比较后输出频率调谐信号，以调整自激振荡信号的频率及相位；

采样保持电路接收并保存频率调谐信号和Q值调谐信号，并在滤波器空闲时及工作时，将保存的频率调谐信号和Q值调谐信号输出至滤波器的调谐输入端；

当第一调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的幅值与参考电平信号相等；当第二调谐环路稳定时，滤波器的自激振荡信号的频率、相位均与参考时钟信号相等；

在滤波器工作时，信号选择电路将滤波器的信号输入端与信号输出端断开，将滤波器的信号输入端接入输入信号，将频率调谐电路、Q值调谐电路分别与采样保持电路断开，以使滤波器对输入信号进行滤波；

所述Q值调谐电路包括电容器C2、二极管D1、电容器C3、电阻R1以及误差放大器；电容器C2的一端用于接收自激振荡信号，另一端与二极管D1的正极连接；误差放大器的第一输入端、电容器C3的一端、电阻R1的一端均与二极管D1的负极连接；电容器C3的另一端、电阻R1的另一端均接地；误差放大器的第二输入端用于接收参考电平信号，误差放大器的输出端用于输出Q值调谐信号；

所述频率调谐电路包括：

一电荷泵的充电电流源；

一电荷泵的放电电流源；

一电容器C1；

一鉴频鉴相器，用于将滤波器的自激振荡信号与参考时钟信号进行比较，以输出充电脉冲信号及放电脉冲信号；

一充电开关S1，用于在接收到充电脉冲信号时，控制充电电流源与电容器C1连接，以使充电电流源对电容器C1进行充电；以及用于在没有接收到充电脉冲信号时，控制充电电流源与电容器C1断开；

一放电开关S2，用于在接收到放电脉冲信号时，控制放电电流源与电容器C1连接，以使放电电流源对电容器C1进行放电；以及用于在没有接收到放电脉冲信号时，控制放电电流源与电容器C1断开；

其中，电容器C1上的电压为频率调谐信号。