CN103944527A - 一种高通滤波器电路及集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通滤波器电路及集成电路，包括：电压输入端，电压输出端，第一共模电平输入端，第二共模电平输入端，电阻，M个电容，M个第一开关和M个第二开关，其中，M个第一开关中的第i个第一开关设置在M个电容中的第i个电容的第一端与电压输入端之间，M个第二开关中的第i个第二开关设置在第一端与第二共模电平输入端之间，电压输出端与第i个电容的第二端相连，电阻设置在电压输出端与第一共模电平输入端之间，其中，第i个第一开关和第i个第二开关中只能有一个开关处于导通状态，以解决现有技术中的高通滤波器电路，存在的开关寄生电容与电阻形成低通滤波电路，降低高通滤波器电路的滤波性能的技术问题。

Description

一种高通滤波器电路及集成电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种高通滤波器电路及集成电路。

背景技术

在集成电路系统中，比如在以太网接口芯片中，经常会用到带增益调节功能的高通滤波器电路，用以处理芯片接收到的模拟信号；

当前，带增益调节功能的高通滤波器电路的典型实现方式如图1所示，由电容C′、电阻R′₁～R′_N和开关S′₁～S′_N组成。其中，电容C′的一端与信号输入端V′_in连接，另一端与电阻R′₁连接；电阻R′₁～R′_N串联连接于共模电平输入端V′_cm和电容C′之间，电阻R′₁～R′_N通过开关S′₁～S′_N与信号输出端V′_out连接；开关S′₁～S′_N中只能有一个开关闭合导通；通过控制开关S′₁～S′_N的闭合来调节高通滤波器电路的增益。

假设开关S′₁～S′_N中，闭合导通的开关为开关S′i，i为大于等于1小于等于N的整数，则图1所示高通滤波器电路的增益转折频率其中，R′_t为电阻R′₁～R′_N的电阻值的总和。

由上述Av′和fc的计算公式可见，图1所示的高通滤波器电路，能够在维持转折频率不变的前提下，通过控制开关S′₁～S′_N的闭合来实现增益的调节。

图1所示的电路结构，虽然电路结构简单，但是存在如下明显缺点：开关一般由金属氧化物场效应管或其它半导体器件实现，无论哪种方式实现，都会使得开关与电源或地之间存在寄生电容，这就导致图1所示的电路的实际等效电路会如图2所示，即开关S′₁～S′_N与电阻相连的节点，存在寄生电容CP′₁～CP′_N；这些寄生电容与电阻形成了低通滤波器，使得高通滤波器在通带内的频率响应受到明显影响，减弱了电路性能。

综上所述，当前高通滤波器电路，开关的寄生电容与电阻形成了低通滤波电路，降低了高通滤波器电路的滤波性能。

发明内容

本发明提供一种高通滤波器电路及集成电路，用以解决现有技术中的高通滤波器电路，存在的开关的寄生电容与电阻形成了低通滤波电路，降低了高通滤波器电路的滤波性能的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种高通滤波器电路，所述电路包括：电压输入端，电压输出端，第一共模电平输入端，第二共模电平输入端，电阻，M个电容，M个第一开关和M个第二开关，其中，M为大于等于2的整数；其中，所述M个第一开关中的第i个第一开关设置在所述M个电容中的第i个电容的第一端与所述电压输入端之间，所述M个第二开关中的第i个第二开关设置在所述第一端与所述第二共模电平输入端之间，所述电压输出端与所述第i个电容的第二端相连，所述电阻设置在所述电压输出端与所述第一共模电平输入端之间，其中，所述第i个第一开关和所述第i个第二开关中只能有一个开关处于导通状态，i为大于等于1小于等于M的任意整数。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述M个第一开关和所述M个第二开关均为金属氧化物场效应管开关或三极管开关。

结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，当所述M个第一开关和所述M个第二开关均为所述金属氧化物场效应管开关时，所述电路还包括：控制模块，与所述M个第一开关中每个第一开关的栅极连接，以及和所述M个第二开关中每个第二开关的栅极连接，用于输出第一控制信号至所述第i个第一开关，以及用于输出第二控制信号至所述第i个第二开关；其中，所述第一控制信号为与所述第二控制信号的相位相反的信号。

第二方面，本发明提供了一种集成电路，包括：信号接收电路、工作电路和第一方面所述的高通滤波器电路；所述信号接收电路与所述高通滤波器电路中的电压输入端连接；所述工作电路与所述高通滤波器电路中的电压输出端连接；所述高通滤波器电路用于过滤从所述信号接收电路输入的第一信号，并将过滤后的频率大于一预设频率的第二信号输出至所述工作电路。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例中，设置M个第一开关和M个第二开关，来调节与所述电压输入端连接的电容的电容值，进而调节高通滤波器电路的增益，从而通过M个电容将M个第一开关和M个第二开关与电阻隔离开，避免开关的寄生电容与电阻形成的寄生低通滤波器影响高通滤波器在通带内的频率响应，从而减小开关寄生电容对高通滤波器电路的滤波性能的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中高通滤波器电路的电路图；

图2为现有技术中高通滤波器电路的开关寄生电容示意图；

图3为本发明实施例中高通滤波器电路的电路图；

图4为本发明实施例中高通滤波器电路的开关寄生电容示意图；

图5为本发明实施例中高通滤波器电路工作时的等效电路图；

图6为本发明实施例中计算高通滤波器电路交流参数时的等效电路图；

图7为本发明实施例中控制开关导通和闭合的示意图一；

图8为本发明实施例中控制开关导通和闭合的示意图二；

图9为本发明实施例中集成电路的示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种高通滤波器电路及集成电路，解决了现有技术的高通滤波器电路，存在的开关的寄生电容与电阻形成了低通滤波电路，降低了高通滤波器电路的滤波性能的技术问题，实现了提升高通滤波器电路的滤波性能的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

一种高通滤波器电路，所述电路包括：电压输入端，电压输出端，第一共模电平输入端，第二共模电平输入端，电阻，M个电容，M个第一开关和M个第二开关，其中，M为大于等于2的整数；其中，所述M个第一开关中的第i个第一开关设置在所述M个电容中的第i个电容的第一端与所述电压输入端之间，所述M个第二开关中的第i个第二开关设置在所述第一端与所述第二共模电平输入端之间，所述电压输出端与所述第i个电容的第二端相连，所述电阻设置在所述电压输出端与所述第一共模电平输入端之间，其中，所述第i个第一开关和所述第i个第二开关中只能有一个开关处于导通状态，i为大于等于1小于等于M的任意整数。

上述高通滤波器电路通过设置M个第一开关和M个第二开关，来调节与所述电压输入端连接的电容的电容值，进而调节高通滤波器电路的增益，从而通过M个电容将M个第一开关和M个第二开关与电阻隔离开，避免开关的寄生电容与电阻形成的寄生低通滤波器影响高通滤波器在通带内的频率响应，从而减小开关寄生电容对高通滤波器电路的滤波性能的影响，实现提升高通滤波器电路的滤波性能的技术效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种高通滤波器电路，请参考图3，图3为本申请实施例中高通滤波器电路的电路图，所述高通滤波器电路可以为集成在芯片上的集成电路，也可以为独立封装的元器件连接构成的电路，所述电路包括：

电压输入端V_in，电压输出端V_out，第一共模电平输入端V_cm1，第二共模电平输入端V_cm2，电阻R，M个电容C₁～C_M，M个第一开关S₁～S_M和M个第二开关SB₁～SB_M，其中，M为大于等于2的整数；

其中，所述M个第一开关S₁～S_M中的第i个第一开关S_i设置在所述M个电容C₁～C_M中的第i个电容C_i的第一端与所述电压输入端V_in之间，所述M个第二开关SB₁～SB_M中的第i个第二开关SB_i设置在所述第一端与所述第二共模电平输入端V_cm2之间，所述电压输出端V_out与所述第i个电容C_i的第二端相连，所述电阻R设置在所述电压输出端V_out与所述第一共模电平输入端V_cm1之间，其中，所述第i个第一开关S_i和所述第i个第二开关SB_i中只能有一个开关处于导通状态，i为大于等于1小于等于M的任意整数。

图3所示的高通滤波器电路，由于开关存在寄生电容，实际等效电路如图4所示，M个第一开关S₁～S_M和M个第二开关SB₁～SB_M的寄生电容CP₁～CP_2M通过M个电容C₁～C_M与电阻R隔离开,从而避免寄生电容CP₁～CP_2M与电阻R形成寄生滤波电路，进而减小开关寄生电容对高通滤波器电路的滤波性能的影响，实现提升高通滤波器电路的滤波性能的技术效果。

进一步，由于寄生电容CP₁～CP_2M不会与电阻R形成寄生滤波电路，故不需要减小电阻R的阻值和增大M个电容C₁～C_M的电容值来减弱寄生滤波电路对所述高通滤波器电路的滤波性能的影响，故在集成所述高通滤波器电路到芯片时，可以采用增大电阻R的阻值和减小M个电容C₁～C_M的电容值的方式来减小电路面积，进而实现降低电路成本的效果。

下面将分别从所述高通滤波器电路的工作原理和所述高通滤波器电路中开关的控制方式两方面，来介绍本实施例提供的高通滤波器电路。

第一方面，高通滤波器电路的工作原理。

在本实施例中，电压输入端V_in用于接收输入信号；输入信号经所述高通滤波器电路滤波后，作为输出信号从电压输出端V_out输出。

第一共模电平输入端V_cm1可以接地，也可以接第一直流电压v_cm1；第二共模电平输入端V_cm2可以接地，也可以接第二直流电压v_cm2，其中，第一直流电压v_cm1和第二直流电压v_cm2小于所述高通滤波器电路的最大工作电压；

当第二共模电平输入端V_cm2接第二直流电压v_cm2时，第二直流电压v_cm2为电压输出端V_out的输出共模电压。

下面结合本实施例提供的高通滤波器电路的增益Av和转折频率fc的计算方法，来说明所述高通滤波器电路能实现维持转折频率fc不变的前提下，调节增益Av的工作原理。

图3所示的高通滤波器电路在实际工作过程中，可以等效为图5，即通过控制M个第一开关S₁～S_M和M个第二开关SB₁～SB_M的导通和断开，使得M个电容C₁～C_M中，与电压输入端V_in连接的电容的总电容C_in的电容值为c_in，与第二共模电平输入端V_cm2连接的电容的总电容C_cm的电容值为c_cm。

首先，介绍高通滤波器电路的增益Av的计算方法。

如图5所示，电容C_in与电压输入端V_in导通，电容C_cm与第二共模电平输入端V_cm2导通。

由于增益Av为交流参数，故计算增益Av时，与直流电压相接的第一共模电平输入端V_cm1和第二共模电平输入端V_cm2均相当于接地，故图5所示的电路在计算增益Av时，等效为图6所示的等效电路。

增益Av的计算公式为其中v_out为电压输出端V_out的实时电压，v_in为电压输入端V_in的实时电压，由图6可知其中，r_out为电容C_cm与电阻R的并联总电阻；r_t为电容C_cm与电阻R并联后，再与电容C_in串联的总电阻。

将图6所示电路的r_out和r_t带入的增益计算公式，并化简后得出其中，r为电阻R的阻值，j为交流参数的虚部符号，ω为电路中交流信号的角频率。

由于本实施例提供的电路为高通滤波器电路，角频率ω的取值较大，即rjωc_in+rjωc_cm的值远大于1，故公式的分母中的1可以忽略，从而化简为

也就是说，本实施例中，电路的增益等于和电压输入端V_in连接的电容的总电容值与所述M个电容C₁～C_M的总电容值的比值。故可以通过控制M个第一开关S₁～S_M和M个第二开关SB₁～SB_M的导通和断开，来调节与电压输入端V_in连接的电容的总电容值c_in，从而实现调节电路的增益。

接下来，介绍高通滤波器电路的转折频率fc的计算方法。

交流参数转折频率fc的计算原则为：当中分母的实部等于虚部时的频率，即rω(c_in+c_cm)=1时的频率，其中,角频率ω＝2πfc，将角频率ω的计算公式带入rω(c_in+c_cm)=1中，可以计算出

本实施例中，由于电阻R的阻值r为常量，故只要所述M个电容C₁～C_M的总电容值固定，则电路的转折频率fc也维持恒定。

例如，当M等于3时：

设置开关S₁、S₂和SB₃导通，对应的开关S₃、SB₁和SB₂断开，即电容C₁和C₂与电压输入端V_in连接导通，电容C₃与第二共模电平输入端V_cm2连接导通；

此时，电路的转折频率fc维持恒定，电路的增益 $\mathrm{Av}=\frac{c_1+c_2}{c_1+c_2+c_3}.$

设置开关S₁、SB₂和SB₃导通，对应的开关S₂、S₃和SB₁断开,即电容C₁与电压输入端V_in连接导通，电容C₂和C₃与第二共模电平输入端V_cm2连接导通；

此时，电路的转折频率fc维持恒定，电路的增益 $\mathrm{Av}=\frac{c_1}{c_1+c_2+c_3}.$

综上可知，本实施例提供的高通滤波器电路能实现在电路的转折频率fc维持恒定的情况下，通过控制M个第一开关S₁～S_M和M个第二开关SB₁～SB_M的导通和断开，来调节电路的增益Av，且，由于开关的寄生电容通过M个电容C₁～C_M与电阻R隔离开，从而避免形成寄生滤波电路，实现在维持转折频率恒定时调节电路增益的基础上，提升高通滤波器电路的滤波性能的技术效果。

第二方面，高通滤波器电路中开关的控制方式。

在具体实施过程中，当所述高通滤波器电路为集成在芯片上的集成电路时，所述M个第一开关和所述M个第二开关可以为集成在硅衬底上的金属氧化物场效应管或三极管等半导体开关结构，以利于高通滤波器电路的集成化；

当所述高通滤波器电路为独立封装的元器件连接构成的电路时，所述M个第一开关和所述M个第二开关可以为独立封装的金属氧化物场效应管或独立封装的三极管等开关元器件。

对于如何控制所述第i个第一开关S_i和所述第i个第二开关SB_i中只有一个开关处于导通状态，具体的实现方式可以分为以下两种：

第一种、由控制模块输出相位相反的控制信号至与同一个电容连接的两个开关。

例如，如图7所示，当所述M个第一开关和所述M个第二开关为集成在芯片上的金属氧化物场效应开关，或独立封装的金属氧化物场效应管时，设置一控制模块701，与所述M个第一开关中每个第一开关的栅极连接，以及和所述M个第二开关中每个第二开关的栅极连接，并输出控制信号至M个第一开关和M个第二开关；

其中，控制模块701输出至第i个第一开关S_i的第一控制信号与输出至第i个第二开关SB_i的第二控制信号为相位相反的信号。

第二种、由控制模块输出同一控制信号，再通过反相器来生成相位相反的控制信号至与同一个电容连接的两个开关。

例如，如图8所示，同样以所述M个第一开关和所述M个第二开关为集成在芯片上的金属氧化物场效应开关，或独立封装的金属氧化物场效应管为例，设置一控制模块701，与所述M个第一开关中每个第一开关的栅极连接，以及通过M个反相器F₁～F_M和所述M个第二开关中每个第二开关的栅极连接，并输出控制信号至M个第一开关和M个第二开关；

其中，控制模块701输出给第i个第一开关S_i的第一控制信号与输出给反相器F_i的第二控制信号为同一信号，所述第二控制信号通过反相器F_i后，转换为与第一控制信号相位相反的第三控制信号，并输出所述第三控制信号至第i个第二开关SB_i。

基于同一发明构思，本发明提供了另一实施例，详见实施例二。

实施例二

在实施例二中提供一种集成电路，如图9所示，所述集成电路包括：

信号接收电路901、工作电路902和实施例一提供的高通滤波器电路903；

所述信号接收电路901与所述高通滤波器电路903中的电压输入端V_in连接；

所述工作电路902与所述高通滤波器电路903中的电压输出端V_out连接；

所述高通滤波器电路903用于过滤从所述信号接收电路901输入的第一信号，并将过滤后的频率大于一预设频率的第二信号输出至所述工作电路902。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明实施例中，设置M个第一开关和M个第二开关，来调节与所述电压输入端连接的电容的电容值，进而调节高通滤波器电路的增益，从而通过M个电容将M个第一开关和M个第二开关与电阻隔离开，避免开关的寄生电容与电阻形成的寄生低通滤波器影响高通滤波器在通带内的频率响应，从而减小开关寄生电容对高通滤波器电路的滤波性能的影响。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种高通滤波器电路，其特征在于，所述电路包括：

电压输入端，电压输出端，第一共模电平输入端，第二共模电平输入端，电阻，M个电容，M个第一开关和M个第二开关，其中，M为大于等于2的整数；

其中，所述M个第一开关中的第i个第一开关设置在所述M个电容中的第i个电容的第一端与所述电压输入端之间，所述M个第二开关中的第i个第二开关设置在所述第一端与所述第二共模电平输入端之间，所述电压输出端与所述第i个电容的第二端相连，所述电阻设置在所述电压输出端与所述第一共模电平输入端之间，其中，所述第i个第一开关和所述第i个第二开关中只能有一个开关处于导通状态，i为大于等于1小于等于M的任意整数。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述M个第一开关和所述M个第二开关均为金属氧化物场效应管开关或均为三极管开关。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，当所述M个第一开关和所述M个第二开关均为所述金属氧化物场效应管开关时，所述电路还包括：

控制模块，与所述M个第一开关中每个第一开关的栅极连接，以及和所述M个第二开关中每个第二开关的栅极连接，用于输出第一控制信号至所述第i个第一开关，以及用于输出第二控制信号至所述第i个第二开关；

其中，所述第一控制信号为与所述第二控制信号的相位相反的信号。

4.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括：

信号接收电路、工作电路和权利要求1-3任一所述的高通滤波器电路；

所述信号接收电路与所述高通滤波器电路中的电压输入端连接；

所述工作电路与所述高通滤波器电路中的电压输出端连接；

所述高通滤波器电路用于过滤从所述信号接收电路输入的第一信号，并将过滤后的频率大于一预设频率的第二信号输出至所述工作电路。