CN109302164A - 一种滤波器带宽校准方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种滤波器带宽校准方法和装置，包括：保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。本申请将电阻和电容校准结合，在同样的精度下降低了滤波器带宽校准的面积开销，或者在同样精度下，使用较小的面积开销大大降低了滤波器带宽校准的复杂度。

Description

一种滤波器带宽校准方法和装置
技术领域
本发明涉及滤波器校准技术领域，具体涉及一种滤波器带宽校准方法和装置。
背景技术
相关技术中的无线终端的收发通路如图1所示，接收通路通常由射频接收模块(RX_RF)，接收滤波器(RX_FILTER)，可变增益放大器(PGA)以及模数转换器(ADC)组成。发射通路通常由数模转换器(DAC)，发射滤波器(RX_FILTER)，射频发射模块(TX_RF)以及功率放大器(PA)组成。可见在整个收发通路中滤波器都发挥着重要的作用，在接收通路中，滤波器主要作用为抑制带外的block(阻塞)信号和干扰信号，防止带外大信号对接收通路的阻塞。在发射通路中，滤波器主要作用是减小发射信号的泄露，从而减小对其他频段的用户造成的干扰。
有源RC滤波器有很多典型结构，下面以多路反馈型有源滤波器为例说明滤波器的基本原理：
多路反馈结构经常应用在需要高Q值，并且需要比较大增益场景，如图2中的多路反馈结构的传输函数为：
其中，
如果构成有源滤波器的运放足够理想，滤波器的传输函数主要由滤波器中的无源器件电阻和电容决定。要想保证滤波器的传输函数保持不变，最直接的方法是保证构成滤波器的电阻和电容不发生变化。遵循摩尔定律的规则，集成电路的最小尺寸每隔18个月缩小一半。先进工艺不仅对有源器件特性产生影响，同时片上无源器件特性也会发生变化。对滤波器影响比较大的是随不同的工艺角，片上无源器件的变化大小。在90nm工艺中片上电阻电容随工艺角变化在正负5％左右，而到了40nm、28nm等先进工艺，片上电阻随工艺角变化会增加到正负20％，片上电容随工艺角变化会增加到正负25％。这直接导致滤波器的带宽随工艺角变化在40nm、28nm等先进工艺中最大会超过正负50％。滤波器带宽过小会导致接收发射通道带内有用的信号被滤掉，有用信号的减小直接恶化了通道的信噪比；滤波器带宽过大会导致接收通道对带外block(阻塞)和干扰信号抑制不够，接收通道容易被阻塞，同时发射通道难以控制带内信号的泄露，会对相邻频道的用户产生干扰。所以滤波器的带宽准确度非常重要。而40nm、28nm等先进工艺由于无源器件随工艺角变化较大，为了保证滤波器带宽准确性，需要对此时的电阻和电容做校准。
常用的电阻电容校准方式存在如下问题：
1.电容的对地寄生会因为电容使用的层数和电容下面是否放置电路发生变化，电容的匹配相对来说比较困难。
2.会增加电容开销，电容开销有的时候会是一个不小的面积，使得成本很高。
发明内容
本发明提供一种滤波器带宽校准方法和装置，解决现有的实现滤波器带宽校准的方式增加面积开销和成本的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种滤波器带宽校准方法，其特征在于，包括：
保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；
根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；
对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。
优选地，确定调整后的电阻值包括：
将原始电阻值R0拓展成电阻阵列，所述电阻阵列为阻值为R0/32、R0/16、R0/8、R0/4、R0/2和R0/2的电阻串联，每个电阻阵列的电阻与一个开关并联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制电阻阵列的电阻是否接入电路，使得接入电路的电阻值与调整后的电阻值R2相等。
优选地，确定调整后的电容值包括：
将原始电容值C0拓展成电容阵列，所述电容阵列为容值为C0、2C0、4C0、8C0、16C0和32C0的电容并联，每个电容阵列的电容与一个开关串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制电阻阵列的电容是否接入电路，使得接入电路的电容值与调整后的电阻值C2相等。
优选地，对滤波器中的调整后的电阻值R2进行校准包括：对接入电路的每个电阻进行校准。
优选地，对滤波器中的调整后的电容值C2进行校准包括：对接入电路的每个电容进行校准。
优选地，对接入电路的每个电阻R进行校准包括：
将所述电阻扩展成定值电路和调节电路串联，所述定值电路由两个阻值为R的电阻并联，所述调节电路由阻值为R的电阻、阻值为R的电阻、阻值为2R的电阻、阻值为4R的电阻、阻值为8R的电阻和阻值为16R的电阻并联，所述调节电路的每个电阻与一个串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制调节电路的电阻是否接入电路，使得接入电路的电阻值与校正的电阻R相等。
优选地，对接入电路的每个电容C进行校准包括：
将电容扩展成容值为C的电容、容值为2C的电容、容值为4C的电容、容值为8C的电容和容值为16C的电容并联，每个电容与一个串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制并联电路的电容是否接入电路，使得接入电路的电容值与校正的电阻C相等。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种滤波器带宽校准装置，包括：
保持模块，设置为保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；
调整模块，设置为根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；
校正模块，设置为对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的技术方案，将电阻和电容校准结合，在电阻校准实现比较容易的场景通过只校准电阻实现滤波器带宽的校准，节省校准成本；在电阻校准实现比较复杂，或者难以实现的场景，通过只校准电容实现滤波器带宽的校准。在同样的精度下降低了滤波器带宽校准的面积开销，或者在同样精度下，使用较小的面积开销大大降低了滤波器带宽校准的复杂度。
附图说明
图1为相关技术的无线终端的收发通路的结构示意图；
图2为相关技术的二阶低通滤波器的电路图；
图3为本发明实施例的滤波器带宽校准方法的流程图；
图4为本发明实施例的滤波器带宽校准装置的结构示意图；
图5为实施例1的滤波器带宽校准的示意图；
图6为实施例2的滤波器带宽校准的示意图。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
如图3所示，本发明实施例提供一种滤波器带宽校准方法，包括：
S101、保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；
S102、根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；
S103、对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。
由于相关技术中，能够保证在工艺角正负20％的电阻变化范围下将电阻精度校准到1％以内，在工艺角正负40％的电容变化范围下将电容精度校准到正负1.5％以内。但是需要增加33R0的电阻开销。电容的对地寄生会因为电容使用的层数和电容下面是否放置电路发生变化，电容的匹配比较困难。电容开销会是一个不小的面积，使得成本很高。本发明实施例将电阻和电容校准结合，在电阻校准实现比较容易的场景通过只校准电阻实现滤波器带宽的校准，节省校准成本；在电阻校准实现比较复杂，或者难以实现的场景，通过只校准电容实现滤波器带宽的校准。在同样的精度下降低了滤波器带宽校准的面积开销，或者在同样精度下，使用较小的面积开销大大降低了滤波器带宽校准的复杂度。
本发明实施例只对每个电阻进行校准，达到足够的精度，不对电容做校准，以节省面积，减少需要进行电容匹配的麻烦。为了保证滤波器带宽不变，本发明实施例把电容随工艺角的变化映射到电阻上面，通过电阻的调整保证RC乘积的准确度。或者，不对电阻做校准，将电阻的变化映射到电容上面。最终实现只对电容的控制调整保证RC乘积的准确度。
其中，确定调整后的电阻值包括：
将原始电阻值R0拓展成电阻阵列，所述电阻阵列为阻值为R0/32、R0/16、R0/8、R0/4、R0/2和R0/2的电阻串联，每个电阻阵列的电阻与一个开关并联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制电阻阵列的电阻是否接入电路，使得接入电路的电阻值与调整后的电阻值R2相等。
其中，确定调整后的电容值包括：
将原始电容值C0拓展成电容阵列，所述电容阵列为容值为C0、2C0、4C0、8C0、16C0和32C0的电容并联，每个电容阵列的电容与一个开关串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制电阻阵列的电容是否接入电路，使得接入电路的电容值与调整后的电阻值C2相等。
步骤S103中，对滤波器中的调整后的电阻值R2进行校准包括：对接入电路的每个电阻进行校准。
步骤S103中，对滤波器中的调整后的电容值C2进行校准包括：对接入电路的每个电容进行校准。
对接入电路的每个电阻R进行校准包括：
将所述电阻扩展成定值电路和调节电路串联，所述定值电路由两个阻值为R的电阻并联，所述调节电路由阻值为R的电阻、阻值为R的电阻、阻值为2R的电阻、阻值为4R的电阻、阻值为8R的电阻和阻值为16R的电阻并联，所述调节电路的每个电阻与一个串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制调节电路的电阻是否接入电路，使得接入电路的电阻值与校正的电阻R相等。
对接入电路的每个电容C进行校准包括：
将电容扩展成容值为C的电容、容值为2C的电容、容值为4C的电容、容值为8C的电容和容值为16C的电容并联，每个电容与一个串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制并联电路的电容是否接入电路，使得接入电路的电容值与校正的电阻C相等。
开关的断开或者闭合电阻校准控制字和电容校准控制字实现，本实施例中的开关可以为MOS(metal oxide semiconductor，金属—氧化物—半导体)管。
如图4所示，本发明实施例还提供一种滤波器带宽校准装置，包括：
保持模块，设置为保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；
调整模块，设置为根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；
校正模块，设置为对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。
实施例1
结合图5说明电阻电容校准的过程：
将每个需要校准的电阻替换成如图5所示的电阻阵列形式，电阻阵列的控制字可以使用RCal模块的控制码，从而保证每个电阻经过Rcal以后都能达到正负1％的精度。因为当电容值比较大时会有比较大的校准开销，此时不对电容做校准。通过把电容随工艺角的正负25％的变化映射到电阻上面，通过电阻的调整保证RC乘积的准确度。
首先将需要校准的电阻分成R/32，R/16，R/8，R/4，R/2，R/2的阵列，然后对阵列中每个电阻再做电阻校准，每个电阻继续分成电阻阵列。C1为tt工艺角的电容值，C2为工艺角变化校准以后的电容值，R1为tt工艺角的电阻值，可以保证R1的值随工艺角变化在正负1％以内，R2为经过调整以后的电阻值。
p1＝R1*C1
调整后的电阻值为
由于拓展以后的电阻阵列R/32，R/16，R/8，R/4，R/2，R/2是串联结构，电阻串联符合线性函数，同时电容并联的结构也符合线性函数的规律，所以仅需要调整电阻R1的控制码Rtrim[4:0]即可实现电阻电容同时校准，进而实现滤波器带宽的校准。
实施例2
结合图6说明实现电阻电容校准的过程：
本实施例适用于电阻组成比较复杂的应用场景，如果电阻组成非常复杂，本身包含几十个电阻，如果对每个电阻都做校准需要很大的电阻开销，同时带有电阻校准的电阻阵列会变得非常复杂。在这样的应用场景下，本实施例不对电阻做校准，通过把电阻随工艺角的正负20％的变化映射到电容上面，通过电容的调整保证RC乘积的准确度。
如图6所示C0为电容阵列的最小单元，R1为tt工艺角的电阻值，R2为工艺角变化以后的电阻值，C1为tt工艺角的电容值，C2为经过校准以后的电容值。
p1＝R1*C1
调整后的电容值为
将电阻的变化映射到电容阵列上面。最终实现只对电容阵列的控制字调整即可实现Rcal和Ccal的功能。以40nm的CMOS工艺为例，电容随工艺角的变化有正负25％，电阻随工艺角的变化有正负20％。本实施例有(1+0.2)*(1+0.25)-1＝0.5倍的电容开销，虽然这里电容开销比例比较大，但是在电容值比较小，电阻组成非常复杂的应用场景，这里的电容开销绝对值不大。电容开销会在几个pF的两级，相对做非常复杂的电阻电容校准，这里只用很小的电容开销即可大大降低RC校准的复杂度。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种滤波器带宽校准方法，其特征在于，包括：
保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；
根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；
对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。
2.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：确定调整后的电阻值包括：
将原始电阻值R0拓展成电阻阵列，所述电阻阵列为阻值为R0/32、R0/16、R0/8、R0/4、R0/2和R0/2的电阻串联，每个电阻阵列的电阻与一个开关并联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制电阻阵列的电阻是否接入电路，使得接入电路的电阻值与调整后的电阻值R2相等。
3.如权利要求1所述的校准方法，其特征在于：确定调整后的电容值包括：
将原始电容值C0拓展成电容阵列，所述电容阵列为容值为C0、2C0、4C0、8C0、16C0和32C0的电容并联，每个电容阵列的电容与一个开关串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制电阻阵列的电容是否接入电路，使得接入电路的电容值与调整后的电阻值C2相等。
4.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于：对滤波器中的调整后的电阻值R2进行校准包括：对接入电路的每个电阻进行校准。
5.如权利要求2所述的校准方法，其特征在于：对滤波器中的调整后的电容值C2进行校准包括：对接入电路的每个电容进行校准。
6.如权利要求4所述的校准方法，其特征在于：对接入电路的每个电阻R进行校准包括：
将所述电阻扩展成定值电路和调节电路串联，所述定值电路由两个阻值为R的电阻并联，所述调节电路由阻值为R的电阻、阻值为R的电阻、阻值为2R的电阻、阻值为4R的电阻、阻值为8R的电阻和阻值为16R的电阻并联，所述调节电路的每个电阻与一个串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制调节电路的电阻是否接入电路，使得接入电路的电阻值与校正的电阻R相等。
7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：对接入电路的每个电容C进行校准包括：
将电容扩展成容值为C的电容、容值为2C的电容、容值为4C的电容、容值为8C的电容和容值为16C的电容并联，每个电容与一个串联，通过控制每个开关的断开或者闭合控制并联电路的电容是否接入电路，使得接入电路的电容值与校正的电阻C相等。
8.一种滤波器带宽校准装置，其特征在于，包括：
保持模块，设置为保持滤波器中的电容的工艺角电容值C1或者电阻的工艺角电阻值R1不变；
调整模块，设置为根据调整后的电阻值R2与工艺角电容值C1的乘积或者调整后的电容值C2与工艺角电阻值R1的乘积与滤波器中的原始电容值C0与原始电阻值R0的乘积相等，确定调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2；
校正模块，设置为对滤波器中的调整后的电阻值R2或者调整后的电容值C2进行校准。
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