CN106411287A - 一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，由偏置电路、数模混合调谐电路和复数中频滤波电路组成；复数中频滤波电路由2个以上的二阶复数滤波电路级联而成；偏置电路为复数中频滤波电路和数模混合调谐电路提供偏置电压；数模混合调谐电路产生一个随内部电阻值的变化而变化的电压控制信号，该电压控制信号接入复数中频滤波电路的控制端，以达到对复数中频滤波电路进行调谐的目的。本发明在提供中频滤波功能的同时，通过外加切换信号实现两种模式的切换；同时，可以针对集成电路的制作工艺所导致的无源器件的误差进行有效地调谐，整个芯片功耗仅为1.5mW左右。

Description

一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，具体涉及一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器。

背景技术

无线通信系统中射频模拟前端的设计和实现是关键技术之一，射频模拟前端的集成度、性能和成本直接影响着整个无线通信系统的成败。射频前端确切地说是整个无线收发机的子系统，收发机的数字基带部分与射频模拟前端之间性能相互影响。随着微电子技术的不断发展，接收机技术已趋近成熟，一些新的特性诸如低功耗、多模式、可配置等特点也逐渐被人们所考虑。这些功能的实现和接收机中频滤波器密不可分，从而对滤波器的性能和指标提出了新的要求。

发明内容

本发明提供一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，该电路能在提供中频滤波功能的同时，通过外加切换信号实现两种模式的切换；同时，可以针对集成电路的制作工艺所导致的无源器件的误差进行有效地调谐，整个芯片功耗仅为1.5mW左右。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，包括滤波器本体，所述滤波器本体由偏置电路、数模混合调谐电路和复数中频滤波电路组成；复数中频滤波电路由2个以上的二阶复数滤波电路级联而成；其中第一级二阶复数滤波电路的输入端即滤波器本体的输入端，最后一级二阶复数滤波电路的输入端即滤波器本体的输出端，前一级二阶复数滤波电路的输出端连接后一级二阶复数滤波电路的输入端；偏置电路与复数中频滤波电路和数模混合调谐电路相连；偏置电路为复数中频滤波电路和数模混合调谐电路提供偏置电压；数模混合调谐电路外接直流基准电压，数模混合调谐电路的输出端连接复数中频滤波电路的控制端；数模混合调谐电路产生一个随内部电阻值的变化而变化的电压控制信号，该电压控制信号接入复数中频滤波电路的控制端，以达到对复数中频滤波电路进行调谐的目的。

上述方案中，每个二阶复数滤波电路包括共源共栅运算放大器OPA1-OPA4，电阻RI1-RI4，电阻RQT1-RQT8，电阻RQ1-RQ4，电阻RW1-RW8，电阻RW_1-RW_8，电阻RC1-RC8，电阻RC_1-RC_8，滤波电容阵列VC1-VC8，以及MOS管SW1-SW16；共源共栅运算放大器OPA1-OPA4的电源端连接偏置电路的输出端；电阻RI1的一端即二阶复数滤波电路的同相输入端的正输入极Vini，另一端接入共源共栅运算放大器OPA1的正向输入端；电阻RI2的一端即二阶复数滤波电路的同相输入端中的负输入极Vinib，另一端接入共源共栅运算放大器OPA1的负输入端；共源共栅运算放大器OPA2的负输出端即二阶复数滤波电路的同相输出端的正极Vouti；共源共栅运算放大器OPA2的正输出端即二阶复数滤波电路的同相输出端的负极Voutib；电阻RQT1和滤波电容阵列VC1串联，电阻RQT1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，滤波电容阵列VC1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端；电阻RQ1的一端与共源共栅运算放大器OPA1的正输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA1的负输出端相连；电阻RQT2和滤波电容阵列VC2串联，电阻RQT2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，滤波电容阵列VC2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端；电阻RQ2的一端与共源共栅运算放大器OPA1的负输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA1的正输出端相连；电阻RQT5和滤波电容阵列VC5串联，电阻RQT5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端，滤波电容阵列VC5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端；电阻RQT6和滤波电容阵列VC6串联，电阻RQT6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端，滤波电容阵列VC6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输出端；电阻RW2和电阻RW_2串联，电阻RW2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端，电阻RW_2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端；MOS管SW2与电阻RW_2并联；电阻RW3和电阻RW_3串联，电阻RW3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端，电阻RW_3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端；MOS管SW3与电阻RW_3并联；电阻RW1和电阻RW_1串联，电阻RW1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，电阻RW_1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端；MOS管SW1和电阻RW_1并联；电阻RW4和电阻RW_4串联，电阻RW4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，电阻RW_4的另一端连共源共栅运算放大器OPA2的负输出端；MOS管SW4电阻RW_4并联；电阻RI3的一端即二阶复数滤波电路的正交相输入端的正极Vinq，另一端接入共源共栅运算放大器OPA3的正向输入端；电阻RI4的一端即二阶复数滤波电路的正交相输入端中的负输入极Viniqb，另一端接入共源共栅运算放大器OPA3的负输入端；共源共栅运算放大器OPA4的负输出端即二阶复数滤波电路的正交相输出端的正极Voutq；共源共栅运算放大器OPA4的正输出端即二阶复数滤波电路的正交相输出端的负极Voutqb；电阻RQT3和滤波电容阵列VC3串联，电阻RQT3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，滤波电容阵列VC3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端；电阻RQ3的一端与共源共栅运算放大器OPA3的正输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA3的负输出端相连；电阻RQT4和滤波电容阵列VC4串联，电阻RQT4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，滤波电容阵列VC4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端；电阻RQ4的一端与共源共栅运算放大器OPA3的负输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA3的正输出端相连；电阻RQT7和滤波电容阵列VC7串联，电阻RQT7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端，滤波电容阵列VC7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端；电阻RQT8和滤波电容阵列VC8串联，电阻RQT8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端，滤波电容阵列VC8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输出端；电阻RW6和电阻RW_6串联，电阻RW6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端，电阻RW_6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端；MOS管SW6与电阻RW_6并联；电阻RW7和电阻RW_7串联，电阻RW7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端，电阻RW_7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端；MOS管SW7与电阻RW_7并联；电阻RW5和电阻RW_5串联，电阻RW5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，电阻RW_5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端；MOS管SW5和电阻RW_5并联；电阻RW8和电阻RW_8串联，电阻RW8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，电阻RW_8的另一端连共源共栅运算放大器OPA4的负输出端；MOS管SW8电阻RW_8并联；电阻RC1和电阻RC_1串联，电阻RC1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，电阻RC_1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端；MOS管SW9和电阻RC_1并联；电阻RC2和电阻RC_2串联，电阻RC2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，电阻RC_2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端；MOS管SW10电阻RC_2并联；电阻RC3和电阻RC_3串联，电阻RC3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，电阻RC_3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端；MOS管SW11电阻RC_3并联；电阻RC4和电阻RC_4串联，电阻RC4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，电阻RC_4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端；MOS管SW12电阻RC_4并联；电阻RC5和电阻RC_5串联，电阻RC5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端，电阻RC_5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输出端；MOS管SW13电阻RC_5并联；电阻RC6和电阻RC_6串联，电阻RC6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端，电阻RC_6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端；MOS管SW14电阻RC_6并联；电阻RC7和电阻RC_7串联，电阻RC7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端，电阻RC_7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输出端；MOS管SW15电阻RC_7并联；电阻RC8和电阻RC_8串联，电阻RC8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端，电阻RC_8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端；MOS管SW16电阻RC_8并联。

上述方案中，共源共栅运算放大器OPA1-OPA4的结构完全相同，其均由共源共栅电路和运算放大电路相连而成。

上述方案中，数模混合调谐电路包括模拟调谐电路和数字调谐处理模块；其中模拟调谐电路包括稳压器OPA5，电阻R1-R2，参考电阻Rref，电容C1-C2，MOS管M21-M29，调谐电容阵列，以及比较器Comp；电阻R1和电阻R2串联，电阻R1和电阻R2的相连端连接稳压器OPA5的正输入端，电阻R1的另一端连接电源VDD，电阻R2的另一端接地；稳压器OPA5的输出端接MOS管M26的栅极；电容C1的一端接稳压器OPA5的输出端，电容C1的另一端接MOS管M26的漏极；MOS管M26的源极、参考电阻Rref和电容C2相连后，同时连接至稳压器OPA5的负输入端；参考电阻Rref的另一端和电容C2的另一端接地；MOS管M22的栅极和MOS管M23的栅极同时连接MOS管M26的漏极；MOS管M24的栅极和MOS管M25的栅极同时连接偏置电路；MOS管M24的漏极连接MOS管M26的漏极；MOS管M22的漏极连接MOS管M24的源极；MOS管M22的源极、MOS管M23的源极和MOS管M21的源极连接；MOS管M21的漏极和电源VDD相连；MOS管M23的漏极连接MOS管M25的源极；MOS管M25的漏极、MOS管M27的漏极和MOS管M28的漏极相连；MOS管M27的栅极和MOS管M28的栅极接脉冲信号CLK1；MOS管M27的源极接地；MOS管M28的源极和MOS管M29的漏极相连后，同时连接调谐电容阵列的一端，并和比较器Comp的负输入端相连；MOS管M29的栅极接脉冲信号CLK2；MOS管M29的源极接地；比较器Comp的正输入端外接直流基准电压Vref；比较器Comp的输出接数字调谐处理模块的输入端；数字调谐处理模块的3个输出端分别连接调谐电容阵列的另一端、滤波电容阵列的控制端，以及MOS管M21的栅极。

上述方案中，稳压器OPA5由CMOS运算放大器构成。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、采用电流复用型共源共栅运算放大器构建滤波器，和传统的利用两级运算放大器构建滤波器相比，在实现高增益带宽积的同时，大幅度降低功耗。

2、在传统的双TT结构滤波器的基础上加入了补偿电阻，用以实现对Q值的补偿，从而在不增大滤波器功耗的同时，将滤波器的纹波系数减少至0.5dB以内。

3、在滤波器中加入数个由MOS管构成的开关，从而实现滤波器在两种工作模式下的切换。

4、和现有的调谐电路的结构相比，采用低压共源共栅电流镜电路提高了电流复制的精确性。

5、在数字调谐模块中加入了序列信号检测模块用以对调谐完毕后的比较器输出值进行特定序列信号的检测，从而达到一个在调谐过程完毕后生成控制信号的目的，因而大大缩短了调谐过程的时间。

附图说明

图1为一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器的系统框图。

图2为二阶复数滤波电路的原理图。

图3为运算放大器电路(OPA1-OPA4)的原理图。

图4为数模混合调谐电路的原理图。

图5为数字调谐处理模块电路的原理图。

图6为数字调谐处理模块电路的流程图。

具体实施方式

一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，如图1所示，所述滤波器本体由偏置电路、数模混合调谐电路和复数中频滤波电路组成。复数中频滤波电路由2个以上的二阶复数滤波电路级联而成。其中第一级二阶复数滤波电路的输入端即为滤波器本体的输入端，最后一级二阶复数滤波电路的输入端即为滤波器本体的输出端，前一级二阶复数滤波电路的输出端连接后一级二阶复数滤波电路的输入端。在本发明优选实施例中，复数中频滤波电路由2个二阶复数滤波电路级联而成。偏置电路与复数中频滤波电路和数模混合调谐电路相连。偏置电路为复数中频滤波电路和数模混合调谐电路提供偏置电压。数模混合调谐电路外接直流基准电压Vref，数模混合调谐电路的输出端连接复数中频滤波电路的控制端。数模混合调谐电路产生一个随内部集成电阻阻值的变化而变化的电压控制信号，该电压控制信号接入复数中频滤波电路的电容阵列的控制端，以达到对复数中频滤波电路进行调谐的目的。

参见图2，每个二阶复数滤波电路包括共源共栅运算放大器OPA1-OPA4，电阻RI1-RI4，电阻RQT1-RQT8，电阻RQ1-RQ4，电阻RW1-RW8，电阻RW_1-RW_8，电阻RC1-RC8，电阻RC_1-RC_8，滤波电容阵列VC1-VC8，以及MOS管SW1-SW16。

电阻RI1的一端即二阶复数滤波电路的同相输入端的正输入极Vini，另一端接入共源共栅运算放大器OPA1的正向输入端。电阻RI2的一端即二阶复数滤波电路的同相输入端中的负输入极Vinib，另一端接入共源共栅运算放大器OPA1的负输入端。共源共栅运算放大器OPA2的负输出端即二阶复数滤波电路的同相输出端的正极Vouti。共源共栅运算放大器OPA2的正输出端即二阶复数滤波电路的同相输出端的负极Voutib。电阻RQT1和滤波电容阵列VC1串联，电阻RQT1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，滤波电容阵列VC1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端。电阻RQ1的一端与共源共栅运算放大器OPA1的正输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA1的负输出端相连。电阻RQT2和滤波电容阵列VC2串联，电阻RQT2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，滤波电容阵列VC2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端。电阻RQ2的一端与共源共栅运算放大器OPA1的负输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA1的正输出端相连。电阻RQT5和滤波电容阵列VC5串联，电阻RQT5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端，滤波电容阵列VC5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端。电阻RQT6和滤波电容阵列VC6串联，电阻RQT6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端，滤波电容阵列VC6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输出端。电阻RW2和电阻RW_2串联，电阻RW2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端，电阻RW_2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端。MOS管SW2与电阻RW_2并联。电阻RW3和电阻RW_3串联，电阻RW3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端，电阻RW_3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端。MOS管SW3与电阻RW_3并联。电阻RW1和电阻RW_1串联，电阻RW1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，电阻RW_1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端。MOS管SW1和电阻RW_1并联。电阻RW4和电阻RW_4串联，电阻RW4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，电阻RW_4的另一端连共源共栅运算放大器OPA2的负输出端。MOS管SW4电阻RW_4并联。上述电路构成同相信号通路低通滤波器。

电阻RI3的一端即二阶复数滤波电路的正交相输入端的正极Vinq，另一端接入共源共栅运算放大器OPA3的正向输入端。电阻RI4的一端即二阶复数滤波电路的正交相输入端中的负输入极Viniqb，另一端接入共源共栅运算放大器OPA3的负输入端。共源共栅运算放大器OPA4的负输出端即二阶复数滤波电路的正交相输出端的正极Voutq。共源共栅运算放大器OPA4的正输出端即二阶复数滤波电路的正交相输出端的负极Voutqb。电阻RQT3和滤波电容阵列VC3串联，电阻RQT3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，滤波电容阵列VC3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端。电阻RQ3的一端与共源共栅运算放大器OPA3的正输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA3的负输出端相连。电阻RQT4和滤波电容阵列VC4串联，电阻RQT4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，滤波电容阵列VC4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端。电阻RQ4的一端与共源共栅运算放大器OPA3的负输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA3的正输出端相连。电阻RQT7和滤波电容阵列VC7串联，电阻RQT7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端，滤波电容阵列VC7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端。电阻RQT8和滤波电容阵列VC8串联，电阻RQT8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端，滤波电容阵列VC8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输出端。电阻RW6和电阻RW_6串联，电阻RW6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端，电阻RW_6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端。MOS管SW6与电阻RW_6并联。电阻RW7和电阻RW_7串联，电阻RW7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端，电阻RW_7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端。MOS管SW7与电阻RW_7并联。电阻RW5和电阻RW_5串联，电阻RW5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，电阻RW_5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端。MOS管SW5和电阻RW_5并联。电阻RW8和电阻RW_8串联，电阻RW8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，电阻RW_8的另一端连共源共栅运算放大器OPA4的负输出端。MOS管SW8电阻RW_8并联。上述电路构成正交信号通路低通滤波器。

电阻RC1和电阻RC_1串联，电阻RC1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，电阻RC_1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端。MOS管SW9和电阻RC_1并联。电阻RC2和电阻RC_2串联，电阻RC2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，电阻RC_2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端。MOS管SW10电阻RC_2并联。电阻RC3和电阻RC_3串联，电阻RC3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，电阻RC_3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端。MOS管SW11电阻RC_3并联。电阻RC4和电阻RC_4串联，电阻RC4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，电阻RC_4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端。MOS管SW12电阻RC_4并联。电阻RC5和电阻RC_5串联，电阻RC5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端，电阻RC_5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输出端。MOS管SW13电阻RC_5并联。电阻RC6和电阻RC_6串联，电阻RC6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端，电阻RC_6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端。MOS管SW14电阻RC_6并联。电阻RC7和电阻RC_7串联，电阻RC7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端，电阻RC_7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输出端。MOS管SW15电阻RC_7并联。电阻RC8和电阻RC_8串联，电阻RC8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端，电阻RC_8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端。MOS管SW16电阻RC_8并联。上述电路的作用将2个低通滤波器相连，实现在频谱上的搬移，将滤波器的幅频特性限制在正频率或负频率上。

共源共栅运算放大器OPA1-OPA4的电源端连接偏置电路的输出端。电阻RQT1-RQT8用于补偿由于滤波器带宽不足所导致的Q值的提升。MOS管SW1-SW16用于实现滤波器在两种不同的中心频率和带宽进行切换，且MOS管SW1-SW16均工作在线性区下。

参见图3，共源共栅运算放大器OPA1-OPA4的结构完全相同，其均由共源共栅电路和运算放大电路相连而成。MOS管M1a和M1b的栅极和运算放大器的输入端正极相连，连接运算放大器输入电压信号的正极Vinp。MOS管M2a和M2b的栅极和运算放大器的输入端负极相连，连接输入电压信号的负极Vinn。MOS管M1a、M1b、M2a、M2b的源极相连并最终连接至电流源M0的漏极。MOS管M0作为电流源，其的栅极连接偏置电路产生的偏置电压Vbp1，MOS管M0的源极连接电源VDD。MOS管M11的漏极接MOS管M2b的漏极。MOS管M12的漏极连接MOS管M1b的漏极，同时MOS管M11和MOS管M12的栅极相连并连接由偏置电路产生的偏置电压Vbn2。MOS管M11的源极连接MOS管M3b的漏极。MOS管M1a的漏极连接MOS管M3a的漏极。MOS管M3a和M3b的栅极相连，同时连接M11的漏极。MOS管M3a和MOS管M3b形成一对电流之比为K：1的电流镜。MOS管M12的源极连接MOS管M4b的漏极。MOS管M2a的漏极连接MOS管M4a的漏极。MOS管M4a和M4b的栅极相连，同时连接MOS管M12的漏极。MOS管M4a和MOS管M4b形成一对电流之比为K：1的电流镜。MOS管M5的源极和MOS管M3a的漏极相连。MOS管M6的源极和MOS管M4a的漏极相连，同时MOS管M5和MOS管M6的栅极相连，并连接至偏置电路产生的偏置电压Vbn2。MOS管M9的源极和MOS管M10的源极相连并连接电源VDD。MOS管M9的漏极和MOS管M10的漏极分别连接MOS管M7的源极和MOS管M8的源极。MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10构成共源共栅电流源。MOS管M7的漏极和MOS管M5的漏极相连并连接运算放大器的负输出端Voutn。MOS管M8的漏极和MOS管M6的漏极相连并连接运算放大器的正输出端Voutp。MOS管M7和MOS管M8的栅极相连，同时连接由偏置电路产生的偏置电压Vbp2。MOS管M5和MOS管M6的栅极相连，并连接由偏置电路产生的偏置电压Vbn2。MOS管M3a、MOS管M4a、MOS管M5、MOS管M6构成共源共栅放大器。MOS管M13和MOS管M16分别连接运算放大器的正输出端Voutp和负输出端Voutn，用于检测元算放大器输出信号。MOS管M14和MOS管M15的栅极相连并连接偏置电路VCM。MOS管M13的源极和MOS管M14的源极相连，同时连接MOS管M17的漏极。MOS管M15和MOS管M16的源极相连，同时连接MOS管M18的漏极。MOS管M13的漏极和MOS管M16的漏极相连。MOS管M14的漏极和MOS管M15的漏极相连。MOS管M17和MOS管M18的栅极相连，同时连接由偏置电路产生的偏置电压Vbn3。MOS管M17和MOS管M18的源极相连且接地。MOS管M20栅极和漏极相连，同时连接MOS管M16的漏极。MOS管M19的漏极和栅极相连并输出共模反馈信号至MOS管M9和MOS管M10的栅极，同时MOS管的M19的源极和MOS管M20的源极相连且连接至电源VDD。

上述MOS管M1a、MOS管M1b、MOS管M2a、MOS管M2b、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M19、MOS管M20都是PMOSMOS管。MOS管M3a、MOS管M3b、MOS管M4a、MOS管M4b、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M11、MOS管M12、MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18是NMOSMOS管。上述MOS管M0、MOS管M1a、MOS管M1b、MOS管M2a、MOS管M2b、MOS管M3a、MOS管M3b、MOS管M4a、MOS管M4b，MOS管M5-M18均工作在饱和区。

为了解决由于集成电路的制造过程中无源器件的值会发生较大的偏差从而导致滤波器中心频率和带宽会有较大的变化的问题，本发明设计了一个用于自动调节滤波器中的电容值从而可以修正滤波器中心频率和带宽的数模混合调谐电路。参见图4，数模混合调谐电路包括模拟调谐电路和数字调谐处理模块。其中模拟调谐电路包括稳压器OPA5，电阻R1-R2，参考电阻Rref，电容C1-C2，MOS管M21-M29，调谐电容阵列，以及比较器Comp。其中稳压器OPA5由CMOS运算放大器构成。电阻R1和电阻R2串联，电阻R1和电阻R2的相连端连接稳压器OPA5的正输入端，电阻R1的另一端连接电源VDD，电阻R2的另一端接地。稳压器OPA5的输出端接MOS管M26的栅极。电容C1的一端接稳压器OPA5的输出端，电容C1的另一端接MOS管M26的漏极。MOS管M26的源极、参考电阻Rref和电容C2相连后，同时连接至稳压器OPA5的负输入端。参考电阻Rref的另一端和电容C2的另一端接地。MOS管M22的栅极和MOS管M23的栅极同时连接MOS管M26的漏极。MOS管M24的栅极和MOS管M25的栅极同时连接偏置电路。MOS管M24的漏极连接MOS管M26的漏极。MOS管M22的漏极连接MOS管M24的源极。MOS管M22的源极、MOS管M23的源极和MOS管M21的源极连接。MOS管M21的漏极和电源VDD相连。MOS管M23的漏极连接MOS管M25的源极。MOS管M25的漏极、MOS管M27的漏极和MOS管M28的漏极相连。MOS管M27的栅极和MOS管M28的栅极接脉冲信号CLK1。MOS管M27的源极接地。MOS管M28的源极和MOS管M29的漏极相连后，同时连接调谐电容阵列的一端，并和比较器Comp的负输入端相连。MOS管M29的栅极接脉冲信号CLK2。MOS管M29的源极接地。比较器Comp的正输入端外接直流基准电压Vref。比较器Comp的输出接数字调谐处理模块的输入端。数字调谐处理模块的3个输出端分别连接调谐电容阵列的另一端、滤波电容阵列的控制端，以及MOS管M21的栅极。

上述MOS管M22、MOS管M23、MOS管M24、MOS管M25是PMOSMOS管。MOS管M21、MOS管M26、MOS管M27、MOS管M28、MOS管M29、MOS管M30、MOS管M31、MOS管M32、MOS管M33、MOS管M34是NMOSMOS管。MOS管M21、MOS管M22、MOS管M23、MOS管M24、MOS管M25、MOS管M26在工作时处于饱和区，在调谐过程完毕后处于截止区。MOS管M27、MOS管M28、MOS管M29的工作状态由脉冲信号CLK1和CLK2决定。MOS管M30、MOS管M31、MOS管M32、MOS管M33、MOS管M34处于线性工作区。

模拟调谐电路的工作原理为：利用电阻R1和电阻R2所产生的分压，输入至稳压器OPA5的正输入端。利用稳压器OPA5，以及电阻Rref和电容C1和电容C2形成一个负反馈环路，从而让输入至MOS管M22、MOS管M24支路的电流维持恒定。利用一个低压共源共栅电流镜将电流充入电容阵列。通过施加脉冲信号CLK1和CLK2对电容进行周期性的充放电，从而让电流的变化转换成电压的变化。通过电压比较器将输入电压和参考电压Vref相比较。并将比较器的结果输入至数字调谐模块电路进行处理。

数字调谐处理模块用于将比较器的输出做出相应的处理，并产生5位的调谐电容阵列控制信号、5位的滤波电容阵列控制信号，同时产生Con Signal信号输出至MOS管M21的栅极用于切断电流源以达到节省功耗的目的。也就是说，数字调谐处理模块的3个输出端分别连接调谐电容阵列的控制端、滤波电容阵列的控制端，以及MOS管M21的栅极。

数字调谐处理模块，如图5所示，电路包括1个D触发器DFF、1个译码器Encoder、1个5位全加器ADDER、1个带有置数功能的五位寄存器5BREGA、1个五位寄存器5BREGB、1个序列信号检测器SEQDEC、1个时钟产生电路、以及1个上电复位电路。调谐电路的比较器Comp的输出接至D触发器DFF的输入端D，D触发器DFF的输出端Q接译码器Encoder的输入端A。译码器Encoder的输出接至全加器ADDER的一端输入B。全加器ADDER将输出A<4:0>反馈置入全加器ADDER的输入A端。同时将输出接至可置数5位寄存器5BREGA的输入端。可置数5位寄存器5BREGA的输出端接至5位寄存器5BREGB的输入端。序列信号检测器SEQDEC的输入端C接D触发器的输出端Q，输出端接5位寄存器5BREGB的时钟端Clk。时钟发生电路的输出端Clkg接D触发器DFF的时钟端Clk和序列信号检测器SEQDEC的时钟端Clk。复位电路REST的输出端Reset接可置数5位寄存器5BREG的置数端Reset。

数字调谐处理模块的工作原理为：电路上电复位后，将寄存器5BREGA的输出置数为10000，目的是为了让初始电容的值置于总电容值一半的位置，从而让调谐的速度加快。随后比较器Comp和译码器Encoder开始工作，并判断加法器ADDER运算后的结果是否等于预设的值，若大于预设定的值，则将五位控制码加一，若小于预设定的值，则将五位控制代码减一。若比较完毕，比较器comp的输出会在高电平1和低电平0徘徊。在序列信号检测器检测到3组高低电平变化后，数模混合调谐电路会输出控制信号Con Signal将调谐电路关闭，并将最终的电容阵列控制码输出至主滤波器电容阵列。和当前的必须用2ⁿ次方个周期才能最终输出电容控制阵列的方案相比，该方法大大的缩短了调节的时间。参见图6。

Claims (5)

1.一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，包括滤波器本体，其特征在于：所述滤波器本体由偏置电路、数模混合调谐电路和复数中频滤波电路组成；

复数中频滤波电路由2个以上的二阶复数滤波电路级联而成；其中第一级二阶复数滤波电路的输入端即滤波器本体的输入端，最后一级二阶复数滤波电路的输入端即滤波器本体的输出端，前一级二阶复数滤波电路的输出端连接后一级二阶复数滤波电路的输入端；

偏置电路与复数中频滤波电路和数模混合调谐电路相连；偏置电路为复数中频滤波电路和数模混合调谐电路提供偏置电压；

数模混合调谐电路外接直流基准电压，数模混合调谐电路的输出端连接复数中频滤波电路的控制端；数模混合调谐电路产生一个随内部电阻值的变化而变化的电压控制信号，该电压控制信号接入复数中频滤波电路的控制端，以达到对复数中频滤波电路进行调谐的目的。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，其特征在于：

每个二阶复数滤波电路包括共源共栅运算放大器OPA1-OPA4，电阻RI1-RI4，电阻RQT1-RQT8，电阻RQ1-RQ4，电阻RW1-RW8，电阻RW_1-RW_8，电阻RC1-RC8，电阻RC_1-RC_8，滤波电容阵列VC1-VC8，以及MOS管SW1-SW16；

共源共栅运算放大器OPA1-OPA4的电源端连接偏置电路的输出端；

电阻RI1的一端即二阶复数滤波电路的同相输入端的正输入极Vini，另一端接入共源共栅运算放大器OPA1的正向输入端；电阻RI2的一端即二阶复数滤波电路的同相输入端中的负输入极Vinib，另一端接入共源共栅运算放大器OPA1的负输入端；共源共栅运算放大器OPA2的负输出端即二阶复数滤波电路的同相输出端的正极Vouti；共源共栅运算放大器OPA2的正输出端即二阶复数滤波电路的同相输出端的负极Voutib；

电阻RQT1和滤波电容阵列VC1串联，电阻RQT1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，滤波电容阵列VC1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端；电阻RQ1的一端与共源共栅运算放大器OPA1的正输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA1的负输出端相连；电阻RQT2和滤波电容阵列VC2串联，电阻RQT2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，滤波电容阵列VC2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端；电阻RQ2的一端与共源共栅运算放大器OPA1的负输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA1的正输出端相连；

电阻RQT5和滤波电容阵列VC5串联，电阻RQT5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端，滤波电容阵列VC5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端；电阻RQT6和滤波电容阵列VC6串联，电阻RQT6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端，滤波电容阵列VC6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输出端；

电阻RW2和电阻RW_2串联，电阻RW2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端，电阻RW_2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端；MOS管SW2与电阻RW_2并联；电阻RW3和电阻RW_3串联，电阻RW3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端，电阻RW_3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端；MOS管SW3与电阻RW_3并联；

电阻RW1和电阻RW_1串联，电阻RW1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，电阻RW_1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端；MOS管SW1和电阻RW_1并联；电阻RW4和电阻RW_4串联，电阻RW4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，电阻RW_4的另一端连共源共栅运算放大器OPA2的负输出端；MOS管SW4电阻RW_4并联；

电阻RI3的一端即二阶复数滤波电路的正交相输入端的正极Vinq，另一端接入共源共栅运算放大器OPA3的正向输入端；电阻RI4的一端即二阶复数滤波电路的正交相输入端中的负输入极Viniqb，另一端接入共源共栅运算放大器OPA3的负输入端；共源共栅运算放大器OPA4的负输出端即二阶复数滤波电路的正交相输出端的正极Voutq；共源共栅运算放大器OPA4的正输出端即二阶复数滤波电路的正交相输出端的负极Voutqb；

电阻RQT3和滤波电容阵列VC3串联，电阻RQT3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，滤波电容阵列VC3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端；电阻RQ3的一端与共源共栅运算放大器OPA3的正输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA3的负输出端相连；电阻RQT4和滤波电容阵列VC4串联，电阻RQT4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，滤波电容阵列VC4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端；电阻RQ4的一端与共源共栅运算放大器OPA3的负输入端相连，另一端和共源共栅运算放大器OPA3的正输出端相连；

电阻RQT7和滤波电容阵列VC7串联，电阻RQT7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端，滤波电容阵列VC7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端；电阻RQT8和滤波电容阵列VC8串联，电阻RQT8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端，滤波电容阵列VC8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输出端；

电阻RW6和电阻RW_6串联，电阻RW6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端，电阻RW_6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端；MOS管SW6与电阻RW_6并联；电阻RW7和电阻RW_7串联，电阻RW7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端，电阻RW_7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端；MOS管SW7与电阻RW_7并联；

电阻RW5和电阻RW_5串联，电阻RW5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，电阻RW_5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端；MOS管SW5和电阻RW_5并联；电阻RW8和电阻RW_8串联，电阻RW8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，电阻RW_8的另一端连共源共栅运算放大器OPA4的负输出端；MOS管SW8电阻RW_8并联；

电阻RC1和电阻RC_1串联，电阻RC1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输入端，电阻RC_1的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输出端；MOS管SW9和电阻RC_1并联；电阻RC2和电阻RC_2串联，电阻RC2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输入端，电阻RC_2的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输出端；MOS管SW10电阻RC_2并联；电阻RC3和电阻RC_3串联，电阻RC3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的正输入端，电阻RC_3的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的负输出端；MOS管SW11电阻RC_3并联；电阻RC4和电阻RC_4串联，电阻RC4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA3的负输入端，电阻RC_4的另一端连接共源共栅运算放大器OPA1的正输出端；MOS管SW12电阻RC_4并联；

电阻RC5和电阻RC_5串联，电阻RC5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输入端，电阻RC_5的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输出端；MOS管SW13电阻RC_5并联；电阻RC6和电阻RC_6串联，电阻RC6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输入端，电阻RC_6的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输出端；MOS管SW14电阻RC_6并联；电阻RC7和电阻RC_7串联，电阻RC7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的正输入端，电阻RC_7的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的负输出端；MOS管SW15电阻RC_7并联；电阻RC8和电阻RC_8串联，电阻RC8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA4的负输入端，电阻RC_8的另一端连接共源共栅运算放大器OPA2的正输出端；MOS管SW16电阻RC_8并联。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，其特征在于：共源共栅运算放大器OPA1-OPA4的结构完全相同，其均由共源共栅电路和运算放大电路相连而成。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，其特征在于：

数模混合调谐电路包括模拟调谐电路和数字调谐处理模块；其中模拟调谐电路包括稳压器OPA5，电阻R1-R2，参考电阻Rref，电容C1-C2，MOS管M21-M29，调谐电容阵列，以及比较器Comp；

电阻R1和电阻R2串联，电阻R1和电阻R2的相连端连接稳压器OPA5的正输入端，电阻R1的另一端连接电源VDD，电阻R2的另一端接地；稳压器OPA5的输出端接MOS管M26的栅极；电容C1的一端接稳压器OPA5的输出端，电容C1的另一端接MOS管M26的漏极；

MOS管M26的源极、参考电阻Rref和电容C2相连后，同时连接至稳压器OPA5的负输入端；参考电阻Rref的另一端和电容C2的另一端接地；MOS管M22的栅极和MOS管M23的栅极同时连接MOS管M26的漏极；MOS管M24的栅极和MOS管M25的栅极同时连接偏置电路；

MOS管M24的漏极连接MOS管M26的漏极；MOS管M22的漏极连接MOS管M24的源极；MOS管M22的源极、MOS管M23的源极和MOS管M21的源极连接；MOS管M21的漏极和电源VDD相连；MOS管M23的漏极连接MOS管M25的源极；MOS管M25的漏极、MOS管M27的漏极和MOS管M28的漏极相连；MOS管M27的栅极和MOS管M28的栅极接脉冲信号CLK1；MOS管M27的源极接地；

MOS管M28的源极和MOS管M29的漏极相连后，同时连接调谐电容阵列的一端，并和比较器Comp的负输入端相连；MOS管M29的栅极接脉冲信号CLK2；MOS管M29的源极接地；

比较器Comp的正输入端外接直流基准电压Vref；比较器Comp的输出接数字调谐处理模块的输入端；数字调谐处理模块的3个输出端分别连接调谐电容阵列的另一端、滤波电容阵列的控制端，以及MOS管M21的栅极。

5.根据权利要求4所述的一种低功耗双模式可调谐复数中频滤波器，其特征在于：稳压器OPA5由CMOS运算放大器构成。