CN106374872B

CN106374872B - 一种低功耗复数滤波器电路

Info

Publication number: CN106374872B
Application number: CN201610986866.3A
Authority: CN
Inventors: 吴建辉; 谢祖帅; 高谷刚; 陈超; 李红
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-11-06
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: CN106374872A

Abstract

本发明公开了一种低功耗复数滤波器电路，信号从输入端输入之后通过电阻R0,在节点a处转换成电流，并与通过电阻R5将输出电压转换成反馈电流的电流相加，然后在节点b处，由R1和C1构成的一阶滤波器单元上实现第一次滤波，得到第一次滤波的信号；接着再通过电阻R2转换成电流，在放大器的输入端与从正交支路的输出端通过电阻R4反馈回来的电流叠加求和，得到的电流最后在电阻R3和电容C2上再一次积分，实现第二次滤波，完成二阶复数滤波器的功能，得到输出信号。本发明实现了电路的低功耗，并且减小了放大器的数量，也进一步缩小了版图面积，降低了成本。相比于传统的有源RC滤波器来说，此种架构的滤波器功耗低，面积小。

Description

一种低功耗复数滤波器电路

技术领域

本发明属于复数滤波器技术领域，特别涉及一种能够实现低功耗复数滤波器的电路。

背景技术

复数滤波器作为低中频接收机中的一个重要模块，担负着镜像信号抑制和有用信道选择的功能。随着高集成度、低功耗和低成本的驱动，使得对射频接收机的设计更加严格。低功耗成为很多电路模块的设计难点。因此本发明提出了一种可以实现的低功耗复数滤波器，这种复数滤波器可以应用到低功耗低成本的射频收发芯片中。

现有常用的有源复数滤波器架构可分为闭环形式的有源复数滤波器和开环形式的有源复数滤波器，闭环形式的有源复数滤波器也称为有源RC复数滤波器，开环形式的有源复数滤波器也称为有源Gm-C复数滤波器。由于放大器工作的状态不同，所以一般在大于10M的应用场合中，有源Gm-C复数滤波器相比于有源RC复数滤波器具有更高的能效。但是，在低于10M的应用场合中，有源RC复数滤波器具有更高的线性度、更大的动态范围，并且功耗可以与有源Gm-C复数滤波器相当。之前的设计思想主要是基于Tow-Thomas的结构，每个放大器用于实现一个极点，这种方法需要较多的有源放大器，所以能效上存在不足；也有利用放大器非理想性构造一个极点实现滤波器的极点，但是这种方法的极点难以控制，并且会带来放大器稳定性的问题，特别是当滤波器的应用频率不高的时候。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种低功耗复数滤波器，该电路作为一个双二阶滤波器单元用于实现更高阶的复数滤波器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低功耗复数滤波器电路，包括信号I路和信号Q路；

其中，信号I路包括信号输入端V_in+_I和信号输入端V_in-_I，以及信号输出端V_out+_I和信号输出端V_out-_I；信号Q路包括信号输入端V_in+_Q和信号输入端V_in-_Q，以及信号输出端V_out+_Q和信号输出端V_out-_Q；

所述信号输入端V_in+_I连接电阻R_I0+的一端，电阻R_I0+的另一端分别与电阻R_I1+一端和电阻R_I5+的一端相连；电阻R_I5+的另一端与信号输出端V_{out+_}I相连；电阻R_I1+的另一端分别与电容C_I1的一端和电阻R_I2+的一端相连；电容C_I1的另一端与信号输入端V_{in-_I}支路的电阻R_I1-的一端相连；电阻R_I2+的另一端分别与放大器A_I的正相输入端、电阻R_Q4-的一端、电阻R_I3+的一端和电容C_I2+的一端相连；电阻R_Q4-的另一端与信号输出端V_{out-_Q}相连；电阻R_I3+的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；电容C_I2+的另一端与信号输出端V_{out-_I}相连；

所述信号输入端V_in-_I连接电阻R_I0-的一端，电阻R_I0-的另一端分别与电阻R_I1-电阻一端和电阻R_I5-电阻一端相连；电阻R_I5-的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；电阻R_I1-的另一端分别与电容C_I1的一端和电阻R_I2-的一端相连；电阻R_I2-的另一端分别与放大器A_I的反相输入端、电阻R_Q4+的一端、电阻R_I3-的一端和电容C_I2-的一端相连；电阻R_Q4+的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连；电阻R_I3-的另一端与信号输出端V_{out+_I}相连；电容C_I2-的另一端与信号输出端V_{out+_I}相连；

所述信号输入端V_in+_Q接电阻R_Q0+一端，R_Q0+的另一端分别与电阻R_Q1+一端和电阻R_Q5+一端相连；电阻R_Q5+的另一端与信号输出端V_{out+_Q}相连；电阻R_Q1+的另一端分别与电容C_Q1的一端和电阻R_Q2+的一端相连；电容C_Q1的另一端与信号输入端V_{in-_}Q支路的电阻R_Q1-的一端相连；电阻R_Q2+的另一端分别与放大器A_Q的正相输入端、电阻R_I4+的一端、电阻R_Q3+的一端和电容C_Q2+的一端相连；电阻R_I4+的另一端与信号输出端V_{out+_}I相连；电阻R_Q3+的另一端与信号输出端V_{out-_}Q相连；电容C_Q2+的另一端与信号输出端V_{out-_}Q相连；

所述信号输入端V_in-_Q接电阻R_Q0-一端，R_Q0-的另一端分别与电阻R_Q1-一端和电阻R_Q5-一端相连；电阻R_Q5-的另一端与信号输出端V_{out-_Q}相连；电阻R_Q1-的另一端分别与电容C_Q1的一端和电阻R_Q2-的一端相连；电阻R_Q2-的另一端分别与放大器A_Q的反相输入端、电阻R_I4-的一端、电阻R_Q3-的一端和电容C_Q2-的一端相连；电阻R_I4-的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；电阻R_Q3-的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连；电容C_Q2-的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连。

有益效果：与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出的低功耗复数滤波器在I、Q两路中各采用一个放大器实现一对共轭复数极点，从而提高了放大器的使用效率，可以更好的满足低功耗射频系统的功耗要求，同时又可以减小芯片面积从而节约电路成本；本发明可以作为一个双二阶基本单元，与一阶滤波器单元级联构成更高阶的复数滤波器。

附图说明

图1为本发明的电路拓扑图；

图2为采用本发明实现的二阶低功耗复数滤波器的幅频特性曲线；

图3为采用本发明实现的二阶低功耗复数滤波器的瞬态特性曲线；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的一种低功耗复数滤波器电路，包括信号I路和信号Q路；

其中，输出端V_{out+_}I是放大器A_I的同相输出端；信号输出端V_{out-_}I是放大器A_I的反相输出端；信号输出端V_{out-_}Q是放大器A_Q的反相输出端；信号输出端V_{out+_}Q是放大器A_Q的同相输出端。

本发明所提出的低功耗复数滤波器电路可以提高有源器件的效率，从而提高电源的效率，并且减小了版图面积，从而节约了成本。提出的低功耗复数滤波器电路可以作为基本的双二阶单元与一阶复数滤波器单元一同构成更高阶的复数滤波器。下面结合具体电路和仿真结果对其工作原理进行详细说明。

如图1所示，信号从输入端输入之后通过电阻R₀(包括电阻R_I0+、R_I0-、R_Q0+、R_Q0-),在节点a(包括节点a_I+、a_I-、a_Q+、a_Q-)处转换成电流，并与通过电阻R₅(包括电阻R_I5+、R_I5-、R_Q5+、R_Q5-)将输出电压转换成反馈电流的电流相加，然后在节点b(包括节点b_I+、b_I-、b_Q+、b_Q-)处，由R₁(包括R_I1+、R_I1-、R_Q1+、R_Q1-)和C₁(包括C_I1、C_Q1)构成的一阶滤波器单元上实现第一次滤波，得到第一次滤波的信号；接着再通过电阻R₂(包括电阻R_I2+、R_I2-、R_Q2+、R_Q2-)转换成电流，在放大器的输入端与从正交支路的输出端通过电阻R₄(包括电阻R_I4+、R_I4-、R_Q4+、R_Q4-)反馈回来的电流叠加求和，得到的电流最后在电阻R₃(包括电阻R_I3+、R_I3-、R_Q3+、R_Q3-)和电容C₂(包括电容C_I2、C_Q2)上再一次积分，实现第二次滤波，完成二阶复数滤波器的功能，得到输出信号。体描述如下：

信号从输入端V_{in+_}I输入之后通过电阻R_I0+,在节点a_I+处转换成电流，并与通过电阻R_I5+将输出电压转换成反馈电流的电流相加，然后在节点b_I+处，由电阻R_I1+和电容C_I1构成的一阶滤波器单元上实现第一次滤波，得到第一次滤波的信号；接着再通过电阻R_I2+转换成电流，在放大器的输入端与从正交支路的输出端通过电阻R_Q4-反馈回来的电流叠加求和，得到的电流最后在电阻R_I3+和电容C_I2+上再一次积分，得到输出信号V_{out-_}I；

信号从输入端V_{in-_}I输入之后通过电阻R_I0-,在节点a_I-处转换成电流，并与通过电阻R_I5-将输出电压转换成反馈电流的电流相加，然后在节点b_I-处，由电阻R_I1-和电容C_I1构成的一阶滤波器单元上实现第一次滤波，得到第一次滤波的信号；接着再通过电阻R_I2-转换成电流，在放大器的输入端与从正交支路的输出端通过电阻R_Q4+反馈回来的电流叠加求和，得到的电流最后在电阻R_I3-和电容C_I2-上再一次积分，得到输出信号V_{out+_}I；

信号从输入端V_{in+_}Q输入之后通过电阻R_Q0+,在节点a_Q+处转换成电流，并与通过电阻R_Q5+将输出电压转换成反馈电流的电流相加，然后在节点b_Q+处，由电阻R_Q1+和电容C_Q1构成的一阶滤波器单元上实现第一次滤波，得到第一次滤波的信号；接着再通过电阻R_Q2+转换成电流，在放大器的输入端与从正交支路的输出端通过电阻R_I4+反馈回来的电流叠加求和，得到的电流最后在电阻R_Q3+和电容C_Q2+上再一次积分，得到输出信号V_{out-_}Q；

信号从输入端V_{in-_}Q输入之后通过电阻R_Q0-,在节点a_Q-处转换成电流，并与通过电阻R_Q5-将输出电压转换成反馈电流的电流相加，然后在节点b_Q-处，由电阻R_Q1-和电容C_Q1构成的一阶滤波器单元上实现第一次滤波，得到第一次滤波的信号；接着再通过电阻R_Q2-转换成电流，在放大器的输入端与从正交支路的输出端通过电阻R_I4-反馈回来的电流叠加求和，得到的电流最后在电阻R_Q3-和电容C_Q2-上再一次积分，得到输出信号V_{out+_}Q；

图2是采用本发明实现的二阶复数滤波器的幅频特性曲线，中频2MHz，-0.5dB带宽2MHz，增益0dB，镜像抑制为11dB，采用更高阶的折中单元能够实现更高的镜像抑制比。仿真结果表明，该低功耗复数滤波器能够实现复数滤波器的功能，并且具有更低的功耗和更小的版图面积。

图3是采用本发明仿真得到的二阶复数滤波器的瞬态响应，不难发现，该低功耗复数滤波器满足稳定性，并且在负频域实现了信号的抑制。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims

1.一种低功耗复数滤波器电路，其特征在于：包括信号I路和信号Q路；

所述信号输入端V_in+_I连接电阻R_I0+的一端，电阻R_I0+的另一端分别与电阻R_I1+一端和电阻R_I5+的一端相连；电阻R_I5+的另一端与信号输出端V_{out+_}I相连；电阻R_I1+的另一端分别与电容C_I1的第一端和电阻R_I2+的一端相连；电容C_I1的第二端与信号输入端V_{in-_}I支路的电阻R_I1-的第二端相连；电阻R_I2+的另一端分别与放大器A_I的正相输入端、电阻R_Q4-的一端、电阻R_I3+的一端和电容C_I2+的一端相连；电阻R_Q4-的另一端与信号输出端V_{out-_}Q相连；电阻R_I3+的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；电容C_I2+的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；

所述信号输入端V_in-_I连接电阻R_I0-的一端，电阻R_I0-的另一端分别与电阻R_I1-电阻第一端和电阻R_I5-的一端相连；电阻R_I5-的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；电阻R_I1-的第二端分别与电容C_I1的第二端和电阻R_I2-的一端相连；电阻R_I2-的另一端分别与放大器A_I的反相输入端、电阻R_Q4+的一端、电阻R_I3-的一端和电容C_I2-的一端相连；电阻R_Q4+的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连；电阻R_I3-的另一端与信号输出端V_{out+_}I相连；电容C_I2-的另一端与信号输出端V_{out+_}I相连；

所述信号输入端V_in+_Q接电阻R_Q0+一端，R_Q0+的另一端分别与电阻R_Q1+一端和电阻R_Q5+一端相连；电阻R_Q5+的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连；电阻R_Q1+的另一端分别与电容C_Q1的第一端和电阻R_Q2+的一端相连；电容C_Q1的第二端与信号输入端V_{in-_}Q支路的电阻R_Q1-的第二端相连；电阻R_Q2+的另一端分别与放大器A_Q的正相输入端、电阻R_I4+的一端、电阻R_Q3+的一端和电容C_Q2+的一端相连；电阻R_I4+的另一端与信号输出端V_{out+_}I相连；电阻R_Q3+的另一端与信号输出端V_{out-_}Q相连；电容C_Q2+的另一端与信号输出端V_{out-_}Q相连；

所述信号输入端V_in-_Q接电阻R_Q0-一端，R_Q0-的另一端分别与电阻R_Q1-第一端和电阻R_Q5-一端相连；电阻R_Q5-的另一端与信号输出端V_{out-_}Q相连；电阻R_Q1-的第二端分别与电容C_Q1的第二端和电阻R_Q2-的一端相连；电阻R_Q2-的另一端分别与放大器A_Q的反相输入端、电阻R_I4-的一端、电阻R_Q3-的一端和电容C_Q2-的一端相连；电阻R_I4-的另一端与信号输出端V_{out-_}I相连；电阻R_Q3-的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连；电容C_Q2-的另一端与信号输出端V_{out+_}Q相连。