CN107852141A - 有源电阻电容滤波器、接收机、发射机和基站 - Google Patents

有源电阻电容滤波器、接收机、发射机和基站 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有源电阻电容滤波器、接收机、发射机和基站，属于通信技术领域。所述有源电阻电容滤波器包括：运算放大器、第一电阻模块和支路网络模块，所述第一电阻模块与所述运算放大器串联，所述支路网络模块使用于所述运算放大器的反馈支路上；其中，所述支路网络模块包括多个并联的第一支路，每个第一支路上包括串联的MOS管和电容单元；其中，每个第一支路上的MOS管的沟道宽度以从第一沟道宽度为起始，以预设比例递减，每个第一支路上的电容单元的电容值以第一电容值为起始，以所述预设比例递减。

Description

有源电阻电容滤波器、接收机、发射机和基站 技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种有源电阻电容滤波器、接收机、发射机和基站。
背景技术
滤波器作为信号处理的一种基本部件，广泛应用于通信系统中的收发信机上，滤波器的性能直接影响到信号处理质量。这种滤波器除了需要满足系统要求的通带特性和抑制特性，还需要较好的线性度和噪声系数。绝大部分场景下滤波器使用分立LC,集成无源器件或者SAW(Ssurface Acoustic Wave，声表面波滤波器)来实现，这类滤波器通常成本高，带宽固定，很难使用标准的CMOS工艺，集成度低。随着无线通信技术的发展，全集成芯片的实现成为重要的设计目标。为了提高集成度需要使用可集成的中频滤波器，绝大多数的滤波器都是使用有源积分器来实现，有源积分器实现主要分为Active-RC(有源电阻电容滤波器)和Gm-C两大类。Active-RC通常应用于线性度要求较高，带宽要求较低的系统中，而Gm-C通常用于线性度要求不高，但对带宽要求较高的系统中。而有源器件只能在一定频率和幅度范围内才能保持线性等性能，这些都对高中频的滤波器设计实现提出了挑战。
Active-RC滤波器中的关键模块是用于构成积分器的运算放大器。滤波器的带宽越宽，Q(Quality，品质因数)值越高，对运算放大器的GBW(Gain Bandwidth Product，增益带宽积)的要求也就越高，滤波器的性能通常受限于运算放大器的GBW，因此，在运算放大器本身不理想的情况下，可能会导致带通边缘降低或抬升，需要额外引入零点电阻Rz和零点电容Cz进行相位补偿。
而且集成的模拟滤波器对工艺和温度都比较敏感，电阻和电容在工艺角下可能会发生士20％的变化，也就是说时间常数可能会发生士50％的变化。为了保证滤波器的抗叠混和邻道抑制能力，需要校准电路来调节加工批次间的偏差。对于由积分器级联而成的滤波器来说，通常只需要校准其中心频率就可以。但是如果滤波器的零极点配对比较敏感且滤波器阶数较高，还需要校准Q值。在现有技术中，由于电容的占用面积大且寄生效应相对电阻更明显，一般采取对电阻进行精密可调。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术的校准补偿方案，在无法利用一个网络同时实现中心频率的校准和Q值，而如果引入细调小电阻的话，还需要增加额外的晶体管面积以及对由此引入的寄生参数的处理，大大提高了面积成本和处理资源。
发明内容
本发明实施例提供了一种有源电阻电容滤波器、接收机、发射机和基站。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种有源电阻电容滤波器，包括：运算放大器、第一电阻模块和支路网络模块，所述第一电阻模块与所述运算放大器串联，所述支路网络模块使用于所述运算放大器的反馈支路上；
其中，所述支路网络模块包括多个并联的第一支路，每个第一支路上包括串联的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管和电容单元；其中，每个第一支路上的MOS管的沟道宽度以从第一沟道宽度为起始，以预设比例递减，每个第一支路上的电容单元的电容值以第一电容值为起始，以所述预设比例递减；
通过对所述每个第一支路上的MOS管的通断控制，实现对支路网络模块的电阻的微调，以对中心频率进行调整。
结合上述任一种可能实现方式，在第一方面的第一种可能实现方式中，所 述支路网络模块中还包括与所述多个第一支路并联的第二支路，所述第二支路上包括串联的MOS管和电容单元，所述第二支路上的MOS管的沟道宽度为第二沟道宽度，每个第一支路上的电容单元的电容值为第二电容值。
结合上述任一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述预设比例为2。
结合上述任一种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述第一电阻模块为可调电阻模块。
结合上述任一种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述可调电阻模块包括第一电阻单元和第二电阻单元，所述第二电阻单元包括多个并联的电阻支路，所述每个电阻支路中包括串联的开关单元和电阻单元。
结合上述任一种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，所述支路网络模块使用于所述运算放大器的正向输入端的反馈支路上；或，
所述支路网络模块使用于所述运算放大器的负向输入端的反馈支路上；或，
在所述运算放大器的正向输入端和负向输入端的反馈支路上分别设置所述支路网络模块。
结合上述任一种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，所述支路网络模块中所包括的支路数目根据滤波器调节精度配置。
第二方面，提供了一种接收机，所述接收机包括上述第一方面所示的有源电阻电容滤波器。
第三方面，提供了一种发射机，所述发射机包括上述第一方面所示的有源电阻电容滤波器。
第四方面，提供了一种基站，所述基站包括上述第一方面所示的有源电阻电容滤波器。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
本发明实施例提供的技术方案，通过在运算放大器中加入一种用大电阻实 现小的调节步进的具有可调式电容的支路网络模块，从而在不引入小电阻的情况下，实现10～20Ohm电阻的精确片上调整，并最终实现了滤波器中心频率的校准和Q值的校准，简化了芯片实现、提高了芯片性能，同时避免了引入小电阻需要的额外晶体管面积和由此引入的寄生参数处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是现有技术中提供的一种active-RC滤波器结构示意图。
图2是现有技术中提供的另一种active-RC滤波器结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种active-RC滤波器结构示意图。
图4是本发明实施例提供的一种等效推导示意图。
图5是本发明实施例提供的一种滤波器中支路网络模块示意图。
图6是本发明实施例提供的一种active-RC滤波器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了便于对本发明实施例的理解，在此对现有技术中的active-RC滤波器结构进行介绍。
参见图1，图1是现有技术中提供的一种active-RC滤波器结构示意图。在图1中，滤波器的中心频率由R和C决定，具体参见公式(1)：
其中，f为滤波器频率，R为滤波器电阻，C为滤波器电容。
品质因数Q可以由公式(2)确定：
其中，f0为滤波器中心频率。
参见图2，图2是现有技术中提供的另一种active-RC滤波器结构示意图。在图1中的基础上，该图2所提供的滤波器结构增加了零点电阻Rz和零点电容Cz进行相位补偿。
在本发明实施例中，MOS管打开的等效电阻式Ron＝L/(W*Vgs)，其中Vgs为栅源间电压，L、W分别用于表示MOS管的长宽。
图3是本发明实施例提供的一种active-RC滤波器结构示意图。参见图3，该滤波器包括：运算放大器301、第一电阻模块302和支路网络模块303，所述第一电阻模块302与所述运算放大器301串联，所述支路网络模块303使用于所述运算放大器301的反馈支路上。
参见图4，图4中所示的(a)图是该支路网络模块303的具体结构。其中，所述支路网络模块303包括多个并联的第一支路，每个第一支路上包括串联的MOS管和电容单元；
其中，每个第一支路上的MOS管的沟道宽度以从第一沟道宽度为起始，以预设比例递减，每个第一支路上的电容单元的电容值以第一电容值为起始，以所述预设比例递减，通过对所述每个第一支路上的MOS管的通断控制，实现对支路网络模块的电阻的微调，以对中心频率进行调整。该预设比例可以为2，还可以为不等于1的正整数。
进一步地，所述支路网络模块中还包括与所述多个第一支路并联的第二支路，所述第二支路上包括串联的MOS管和电容单元，所述第二支路上的MOS管的沟道宽度为第二沟道宽度，每个第一支路上的电容单元的电容值为第二电 容值，中心频率调整好后，可以通过微调这一第二支路，可以实现对Q值的微调。其中，该第一沟道宽度可以与第二沟道宽度取相同值，也可以取不同值，同理，该第一电容值可以与第二电容值取相同值，也可以取不同值，在本发明实施例中对此不作限定。
需要说明的是，该支路网络模块所包括的支路数目可以根据根据滤波器调节精度(即调节步进)配置，如果要求精度越高，则支路数目可以越多。
如，以图4中(a)图为例，Vb0～Vbn为支路网络模块303的多个第一支路。其中，Vb0～Vbn支路上的MOS管的沟道宽度从W/L按照预设比例2进行递减，对于每个第一支路i，其MOS管的沟道宽度为(W/2i)/L，i＝0…n。Vb0～Vbn支路上的电容单元的电容值从C开始按照预设比例2进行递减，对于每个第一支路i，其电容单元的电容值为C/2i。
而进一步地，该图4中(a)图还包括了第二支路Vx，该第二支路上的MOS管的沟道宽度为Wx/L，电容单元的电容值为Cx。该第二支路可以通过对电压进行控制从而实现微调。
通过对上述支路网络模块303进行等效推导，可以得到如图4中(b)图和(c)图，从而得到一串联结构，该串联结构包括Rz和并联的n+1个可开关的电容支路(如图4中(c)图所示)。本领域技术人员可以获知，MOS管可以等效为一个理想开关单元和理想电阻的串联，因此，每个支路均可以看做是理想开关单元、理想电阻和电容单元的串联，基于该原理，以ω0＝1/2πf0以及式(1)和(2)为基础，其推导过程可以如下：
其中，En(i)为第i个第一支路的通断状态。
如果Cx＝C，当时，Rz＝Rx
如果Cx＝C，当时，如果Rx＞＞Ron，
通过上述推导可以获知，通过对支路网络模块303上各个支路进行通断控制，可以使得整个支路网络模块303的电阻发生细微变化，如，以Cx＝C的情况为例，其微调的步进为通过用大的电阻等效为小的调节步进，简化了芯片实现并减小了芯片面积。
以一个包含五个第一支路和一个第二支路的支路网络模块为例，参见图5，第二支路Vrz中的MOS管的沟道宽度为(W/2)/L，电容单元的电容值为C/2，第一支路Vc<0>中的MOS管的沟道宽度为(W/2)/L，电容单元的电容值为C/2，第一支路Vc<1>中的MOS管的沟道宽度为(W/4)/L，电容单元的电容值为C/4，…，第一支路Vc<4>中的MOS管的沟道宽度为(W/32)/L，电容单元的电容值为C/32，第一支路Vc<5>中的MOS管的沟道宽度为(W/64)/L， 电容单元的电容值为C/64。
进一步地，所述第一电阻模块302为可调电阻模块。具体地，所述可调电阻模块包括第一电阻单元和第二电阻单元，所述第二电阻单元包括多个并联的电阻支路，所述每个电阻支路中包括串联的开关单元和电阻单元。该结构具体可以参见图3中的第一电阻模块302，可以通过对各个电阻支路上的开关单元的通断，实现对整个第一电阻模块302的电阻的变化控制，从而进一步提高了电阻调节的灵活性。
需要说明的是，该图3中是以支路网络模块303使用于运算放大器在负向输入端的反馈支路上为例进行说明的，而在实际设计中，还可以在运算放大器的正向输入端的反馈支路上使用支路网络模块303，当然，根据滤波器实际需要，还可以在运算放大器的正向输入端的反馈支路上和负向输入端的反馈支路上均使用支路网络模块303(参见图6)，各个反馈支路上所使用的支路网络模块可以具有不同参数，从而实现更具有灵活性的调节。
本发明实施例提供的技术方案，通过在运算放大器中加入一种用大电阻实现小的调节步进的具有可调式电容的支路网络模块，从而在不引入小电阻的情况下，实现10～20Ohm电阻的精确片上调整，并最终实现了滤波器中心频率的校准和Q值的校准，简化了芯片实现、提高了芯片性能，同时避免了引入小电阻需要的额外晶体管面积和由此引入的寄生参数处理。
本发明实施例还提供了一种接收机，所述接收机包括上述实施例所示的有源电阻电容滤波器。
本发明实施例还提供了一种发射机，所述发射机包括上述第一方面所示的有源电阻电容滤波器。
本发明实施例还提供了一种基站，其特征在于，所述基站包括上述实施例所示的有源电阻电容滤波器。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储 于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种有源电阻电容滤波器，其特征在于，包括：运算放大器、第一电阻模块和支路网络模块，所述第一电阻模块与所述运算放大器串联，所述支路网络模块使用于所述运算放大器的反馈支路上；
    其中，所述支路网络模块包括多个并联的第一支路，每个第一支路上包括串联的MOS管和电容单元；其中，每个第一支路上的MOS管的沟道宽度以从第一沟道宽度为起始，以预设比例递减，每个第一支路上的电容单元的电容值以第一电容值为起始，以所述预设比例递减；
    通过对所述每个第一支路上的MOS管的通断控制，实现对支路网络模块的电阻的微调，以对中心频率进行调整。
  2. 根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述支路网络模块中还包括与所述多个第一支路并联的第二支路，所述第二支路上包括串联的MOS管和电容单元，所述第二支路上的MOS管的沟道宽度为第二沟道宽度，每个第一支路上的电容单元的电容值为第二电容值。
  3. 根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述预设比例为2。
  4. 根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述第一电阻模块为可调电阻模块。
  5. 根据权利要求4所述的滤波器，其特征在于，所述可调电阻模块包括第一电阻单元和第二电阻单元，所述第二电阻单元包括多个并联的电阻支路，所述每个电阻支路中包括串联的开关单元和电阻单元。
  6. 根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述支路网络模块使用于所述运算放大器的正向输入端的反馈支路上；或，
    所述支路网络模块使用于所述运算放大器的负向输入端的反馈支路上；或，
    在所述运算放大器的正向输入端和负向输入端的反馈支路上分别设置所述支路网络模块。
  7. 根据权利要求1所述的滤波器，其特征在于，所述支路网络模块中所包括的支路数目根据滤波器调节精度配置。
  8. 一种接收机，其特征在于，所述接收机包括权1-权7中任一项所示的有源电阻电容滤波器。
  9. 一种发射机，其特征在于，所述发射机包括权1-权7中任一项所示的有源电阻电容滤波器。
  10. 一种基站，其特征在于，所述基站包括权1-权7中任一项所示的有源电阻电容滤波器。
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