CN104868867A - 一种六路开关电容带通滤波器 - Google Patents

Abstract

一种六路开关电容带通滤波器，包括两个电路结构相同的六路开关电容带通滤波器电路；两个六路开关电容带通滤波器电路的输出通过加法器相加；六路开关电容带通滤波器电路包括1个差分正极电阻、1个差分负极电阻和6个相同的开关电容电路，差分正极电阻和差分负极电阻的阻值相同，6路开关电容电路并行；开关控制信号由两组六路非重叠等宽度脉冲信号S1、S2、S3、S4、S5和S6以及信号K1、K2、K3、K4、K5和K6组成，其中信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次比S1、S2、S3、S4、S5和S6延迟一半脉冲时间。本发明有效降低三倍频处的谐波选择效应，同时降低谐波折返效应，提升滤波特性。

Description

一种六路开关电容带通滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器，尤其是一种六路开关电容带通滤波器。

背景技术

当前一个通信设备需要兼顾多种通信协议，软件无线电技术是解决这一问题的良好方法。为了达到软件无线电平台的硬件需求，研发可调整中心频率、可配置带宽的带通滤波器是非常必要的。多路开关电容带通滤波器是一种由多路开关电容组成的滤波器，其中心频率可以随着时钟精确调节。整体电路只有开关和电容两种器件，电路结构简单，极大程度的降低了功耗和芯片面积，适用于软件无线电系统。

虽然多路开关电容带通滤波器有非常强的可调性和高Q值，其自身仍然存在很多缺陷，其中非常显著的缺点是由于信号采样引起的谐波选择效应和谐波折返效应。谐波选择是指在中心频率的整数倍频段处也有滤波通带。谐波折返是指滤波器会把信道谐波处的其他信号和噪声搬移到通带处。谐波选择和谐波折返效应极大的影响了多路带通滤波器的滤波特性。

发明内容

为了克服已有多路开关电容带通滤波器的谐波选择效应较大、谐波折返效应较大、滤波特性较差的不足，本发明提供一种有效降低三倍频处的谐波选择效应，同时降低谐波折返效应，提升滤波特性的六路开关电容带通滤波器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种六路开关电容带通滤波器，包括两个电路结构相同的六路开关电容带通滤波器电路；两个六路开关电容带通滤波器电路的输出通过加法器相加；

所述六路开关电容带通滤波器电路包括：1个差分正极电阻、1个差分负极电阻和6个相同的开关电容电路，差分正极电阻和差分负极电阻的阻值相同，差分正极电阻一端连接输入差分信号的正极，差分正极电阻另一端分别连接所有六个开关电容电路的正输入端；差分负极电阻一端分别连接输入差分信号的负极，差分负极电阻另一端分别连接所有六个开关电容电路的负输入端；

6路开关电容电路并行，每一路开关电容电路包括1个差分正极输入开关、1个差分负极输入开关、1个差分正极输出开关、一个差分负极输出开关和1个电容；差分正极输入开关一端与差分正极电阻相连，差分正极输入开关另一端与电容正极相连，差分负极输入开关一端与差分负极电阻相连，差分负极输入开关另一端与电容正极相连，电容负极接地；差分正极输出开关一端与电容正极相连，差分正极输出开关另一端为该路输出正极，差分负极输入开关一端与电容正极相连，差分正极输出开关另一端为该路输出负极；

开关控制信号由两组六路非重叠等宽度脉冲信号S1、S2、S3、S4、S5和S6以及信号K1、K2、K3、K4、K5和K6组成，其中信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次比S1、S2、S3、S4、S5和S6延迟一半脉冲时间。

进一步，信号S1、S2、S3、S4、S5和S6依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分正极输入开关S11、S21、S31、S41、S51和S61；信号S1、S2、S3、S4、S5和S6依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分正极输出开关S12、S22、S32、S42、S52和S62。信号S4、S5、S6、S1、S2和S3依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分负极输入开关S13、S23、S33、S43、S53和S63；信号S4、S5、S6、S1、S2和S3依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分负极输出开关S14、S24、S34、S44、S54和S64；

信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分正极输入开关K11、K21、K31、K41、K51和K61；信号K2、K3、K4、K5、K6和K1依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分正极输出开关K12、K22、K32、K42、K52和K62；信号K4、K5、K6、K1、K2和K3依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分负极输入开关K13、K23、K33、K43、K53和K63；信号K5、K6、K1、K2、K3和K4依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分负极输出开关K14、K24、K34、K44、K54和K64。

本发明的有益效果主要表现在：本发明能够精确调带通滤波器的中心频率，实现灵活可调中心频率的带通滤波器。另外本发明可以有效降低带通滤波器在三倍频处的谐波选择效应，同时还能有效降低谐波折返效应。

附图说明

图1是本发明六路开关电容带通滤波器的电路原理图。

图2是本发明六路开关电容带通滤波器的开关控制信号图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种六路开关电容带通滤波器，包括两个电路结构相同的六路开关电容带通滤波器电路；两个六路开关电容带通滤波器电路的输出通过加法器相加；

所述六路开关电容带通滤波器电路包括：1个差分正极电阻、1个差分负极电阻和6个相同的开关电容电路，两个电阻阻值相同，一端分别连接输入差分信号的正极和负极，另一端分别连接所有六个开关电容电路的正输入端和负输入端。

6路开关电容电路并行，每一路开关电容电路包括1个差分正极输入开关、1个差分负极输入开关、1个差分正极输出开关、一个差分负极输出开关和1个电容。

差分正极输入开关一端与差分正极电阻相连，另一端与电容正极相连，差分负极输入开关一端与差分负极电阻相连，另一端与电容正极相连，电容负极接地。

每一路开关电容电路差分正极输出开关一端与电容正极相连，另一端为该路输出正极，每一路开关电容电路差分负极输入开关一端与电容正极相连，另一端为该路输出负极。

图1是本发明六路开关电容带通滤波器的电路原理图，图中输入信号分别输入两个电路结构相同的六路开关电容带通滤波器电路；两个六路开关电容带通滤波器电路的输出通过加法器相加，得到输出信号；两组六路非重叠等宽度脉冲信号分别控制两个六路开关电容带通滤波器电路的开关。

第一个六路开关电容带通滤波器电路中，差分正极输入开关为S11、S21、S31、S41、S51和S61，差分正极输出开关S12、S22、S32、S42、S52和S62，差分负极输入开关为S13、S23、S33、S43、S53和S63，差分负极输出开关为S14、S24、S34、S44、S54和S64。

第二个六路开关电容带通滤波器电路中，差分正极输入开关为K11、K21、K31、K41、K51和K61，差分正极输出开关为K12、K22、K32、K42、K52和K62，差分负极输入开关为K13、K23、K33、K43、K53和K63，差分负极输出开关为K14、K24、K34、K44、K54和K64。

图2为本电路开关控制信号图。开关控制信号由两组六路非重叠等宽度脉冲信号S1、S2、S3、S4、S5和S6以及信号K1、K2、K3、K4、K5和K6组成，其中信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次比S1、S2、S3、S4、S5和S6延迟一半脉冲时间。

信号S1、S2、S3、S4、S5和S6依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分正极输入开关S11、S21、S31、S41、S51和S61。信号S1、S2、S3、S4、S5和S6依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分正极输出开关S12、S22、S32、S42、S52和S62。信号S4、S5、S6、S1、S2和S3依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分负极输入开关S13、S23、S33、S43、S53和S63。信号S4、S5、S6、S1、S2和S3依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分负极输出开关S14、S24、S34、S44、S54和S64。

信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分正极输入开关K11、K21、K31、K41、K51和K61。信号K2、K3、K4、K5、K6和K1依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分正极输出开关K12、K22、K32、K42、K52和K62。信号K4、K5、K6、K1、K2和K3依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分负极输入开关K13、K23、K33、K43、K53和K63。信号K5、K6、K1、K2、K3和K4依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分负极输出开关K14、K24、K34、K44、K54和K64。

传统六路带通滤波器的工作原理为信号经过开关降采样，信号频谱被搬移到零频，此时信号通过由RC网络组成的低通滤波器，达到滤波的效果。因为多路开关重叠有频谱搬移的效果，所以信号又被搬移到开关频率所处的频段内，最终该电路的频谱特性表现为带通滤波器，其中心频率为开关频率。

设典型六路带通滤波器的传递函数为H_p×6(f)，因为第二个六路带通滤波器每一路的输出开关都比六路带通滤波器1的输出开关慢π/3，同时其输入开关和输出开关比第一个六路带通滤波器的输入开关和输出开关都慢一半脉冲时间，即T_s/12，最终两个带通滤波器的输出相加作为最终滤波器的输出结果，所以六路开关电容带通滤波器的频谱为：

当p＝0，M＝3，滤波器在3f_s的增益为：

H₀(3×f_s)|_Filter＝H₀(3×f_s)×(e^-j×π+1)＝0

表明该滤波器消除了3f_s处的谐波选择效应。

当p＝1，M＝1，滤波器的谐波折返H6为：

|H₆(f_s)|＝1×H₆(f_s)＜2|H₆(f_s)|，表明该滤波器减少了谐波折返H6。

本实施例能够精确调带通滤波器的中心频率，实现灵活可调通带频段的带通滤波器，达到软件无线电系统的要求。

本实施例能有效降低带通滤波器在三倍频处的谐波选择效应，同时还能有效降低谐波折返效应。

Claims (2)

1.一种六路开关电容带通滤波器，其特征在于：包括两个电路结构相同的六路开关电容带通滤波器电路；两个六路开关电容带通滤波器电路的输出通过加法器相加；

所述六路开关电容带通滤波器电路包括：1个差分正极电阻、1个差分负极电阻和6个相同的开关电容电路，差分正极电阻和差分负极电阻的阻值相同，差分正极电阻一端连接输入差分信号的正极，差分正极电阻另一端分别连接所有六个开关电容电路的正输入端；差分负极电阻一端分别连接输入差分信号的负极，差分负极电阻另一端分别连接所有六个开关电容电路的负输入端；

6路开关电容电路并行，每一路开关电容电路包括1个差分正极输入开关、1个差分负极输入开关、1个差分正极输出开关、一个差分负极输出开关和1个电容；差分正极输入开关一端与差分正极电阻相连，差分正极输入开关另一端与电容正极相连，差分负极输入开关一端与差分负极电阻相连，差分负极输入开关另一端与电容正极相连，电容负极接地；差分正极输出开关一端与电容正极相连，差分正极输出开关另一端为该路输出正极，差分负极输入开关一端与电容正极相连，差分正极输出开关另一端为该路输出负极；

开关控制信号由两组六路非重叠等宽度脉冲信号S1、S2、S3、S4、S5和S6以及信号K1、K2、K3、K4、K5和K6组成，其中信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次比S1、S2、S3、S4、S5和S6延迟一半脉冲时间。

2.如权利要求1所述的一种六路开关电容带通滤波器，其特征在于：信号S1、S2、S3、S4、S5和S6依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分正极输入开关S11、S21、S31、S41、S51和S61；信号S1、S2、S3、S4、S5和S6依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分正极输出开关S12、S22、S32、S42、S52和S62，信号S4、S5、S6、S1、S2和S3依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分负极输入开关S13、S23、S33、S43、S53和S63；信号S4、S5、S6、S1、S2和S3依次控制第一个六路带通滤波器的每一路的差分负极输出开关S14、S24、S34、S44、S54和S64；

信号K1、K2、K3、K4、K5和K6依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分正极输入开关K11、K21、K31、K41、K51和K61；信号K2、K3、K4、K5、K6和K1依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分正极输出开关K12、K22、K32、K42、K52和K62；信号K4、K5、K6、K1、K2和K3依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分负极输入开关K13、K23、K33、K43、K53和K63；信号K5、K6、K1、K2、K3和K4依次控制第二个六路带通滤波器的每一路的差分负极输出开关K14、K24、K34、K44、K54和K64。