CN109728793A - 一种多通带复数滤波器电路 - Google Patents
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Abstract
一种多通带复数滤波器电路。该多通带复数滤波器电路，用于各种低中频射频接收机，可有效抑制镜像干扰。所述的多通带复数滤波器电路由数据寄存器、开关电阻网络、实部有源滤波器和虚部有源滤波器组成。本发明提供的多通带复数滤波器电路，采用多通道电路结构，通过外引脚将控制字写入数据寄存器，根据数据寄存器的值设置开关电阻网络的连接方式，使复数滤波器具有不同的中心频率和带宽，扩展了复数滤波器的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及低中频接收机专用集成电路设计和无线通信等领域，特别涉及到一种基于开关电阻的多通带复数滤波器电路。
背景技术
随着无线通信技术的发展，单芯片无线连接集成电路呈现了广泛的应用前景。在射频收发机基本结构中，由于具有集成度高、没有直流失调等特点低中频结构接收机受到业界的高度关注。但是低中频结构接收机电路中含有镜像信号，镜像干扰的抑制成为低中频结构接收机发展的关键技术。复数滤波器能够有效抑制镜像信号，目前各种高集成度、低功耗的复数滤波器电路成为科学研究和产业发展的重点。
现代无线通信系统要求射频收发器工作在多个分离的频段上，以满足多模系统不同的业务需求，特别是对于软件无线电系统的单片低中频收发器电路，往往需要双通带或多通带复数滤波器实现镜像信号滤波。现有技术公开的复数滤波器电路，都是单一通带模式，可以对给定频带的镜像信号进行抑制，使用能效的单一性，使其应用范围受到限制。面向软件无线电和多模无线通信系统应用，多通带复数滤波器是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是解决传统复数滤波器使用能效单一、灵活性差等问题，采用开关电阻网络灵活设定复数滤波器的中心频率，提供一种单芯片多通带复数滤波器电路，可用于各种低中频结构收发器的设计，具有很好的应用前景。
本发明提供的一种多通带复数滤波器电路，由数据寄存器、开关电阻网络、实部有源滤波器和虚部有源滤波器组成。
所述的数据寄存器有两个输入端和两个输出端，两个输入端分别与外部信号CLK和DAT相连，两个输出端与开关电阻网络的两个输入端相连；所述的开关电阻网络有六个输入端和四个输出端，其中两个输入端与数据寄存器的两个输出端相连，另外四个输入端分别与实部有源滤波器的两个输出端(S3、S4)和虚部有源滤波器的两个输出端(S5、S6)相连，所述的四个输出端分别与实部有源滤波器的两个输入端(S1、S2)和虚部有源滤波器的两个输入端(S7、S8)相连；所述的实部有源滤波器有四个输入端和四个输出端，两个输入端分别与外部信号VIinP和ViinN相连，两个输出端分别与输出信号VIoutP和VIoutN相连，另外两个输入端与开关电阻网络的两个输出端相连，另外两个输出端与开关电阻网络的两个输入端相连；所述的虚部有源滤波器有四个输入端和四个输出端，两个输入端分别与外部信号VQinP和VQinN相连，两个输出端分别与输出信号VQoutP和VQoutN相连，另外两个输入端与开关电阻网络的两个输出端相连，另外两个输出端与开关电阻网络的两个输入端相连。
所述的实部有源滤波器如图2所示，由第一运算放大器A1、电阻Rinpi、电阻Rinni、电阻Rfpi、电阻Rfni、电容Cfpi和电容Cfni组成；其中，第一运算放大器A1的同相输入端同时和电阻Rinpi、电阻Rfni、电容Cfni的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S2)连在一起；第一运算放大器A1的反相输入端同时和电阻Rinni、电阻Rfpi、电容Cfpi的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S1)连在一起；电阻Rinpi和电阻Rinni的另一端与外部输入信号相连；电阻Rfpi和电容Cfpi并联，并跨接在第一运算放大器A1的同相输出端节点和反相输入端节点上；电阻Rfni和电容Cfni并联，并跨接在第一运算放大器A1的反相输出端节点和同相输入端节点上；第一运算放大器A1的同相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S3)相连；第一运算放大器A1的反相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S4)相连。
所述的虚部有源滤波器如图3所示，由第二运算放大器A2、电阻Rinpq、电阻Rinnq、电阻Rfpq、电阻Rfnq、电容Cfpq和电容Cfnq组成；其中，第二运算放大器A2的同相输入端和电阻Rinpq、电阻Rfnq、电容Cfnq的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S7)连在一起；第二运算放大器A2的反相输入端和电阻Rinnq、电阻Rfpq、电容Cfpq的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S8)连在一起；电阻Rinpq和电阻Rinnq的另一端与外部输入信号相连；电阻Rfpq和电容Cfpq并联，并跨接在第二运算放大器A2的同相输出端节点和反相输入端节点上；电阻Rfnq和电容Cfnq并联，并跨接在第二运算放大器A2的反相输出端节点和同相输入端节点上；第二运算放大器A2的同相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S5)相连；第二运算放大器A2的反相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S6)相连。
所述的开关电阻网络如图4所示，由第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第八开关K8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12组成；其中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的一端连在一起，并与实部有源滤波器的输出端(S3)相连；第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的一端连在一起，并与实部有源滤波器的输出端(S4)相连；第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的一端连在一起，并与虚部有源滤波器的输出端(S5)相连；第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12的一端连在一起，并与虚部有源滤波器的输出端(S6)相连；第一电阻R1的另一端与第一开关K1的一端相连；第三电阻R3的另一端与第二开关K2的一端相连；第四电阻R4的另一端与第三开关K3的一端相连；第六电阻R6的另一端与第四开关K4的一端相连；第七电阻R7的另一端与第五开关K5的一端相连；第九电阻R9的另一端与第六开关K6的一端相连；第十电阻R10的另一端与第七开关K7的一端相连；第十二电阻R12的另一端与第八开关K8的一端相连；第二电阻R2的另一端连在第一开关K1和第二开关K2另一端相连的共同节点上，并与虚部有源滤波器的输入端(S8)相连；第五电阻R5的另一端连在第三开关K3和第四开关K4另一端相连的共同节点上，并与虚部有源滤波器的输入端(S7)相连；第八电阻R8的另一端连在第五开关K5和第六开关K6另一端相连的共同节点上，并与实部有源滤波器的输入端(S2)相连；第十一电阻R11的另一端连在第七开关K7和第八开关K8另一端相连的共同节点上，并与实部有源滤波器的输入端(S1)相连；第一开关K1、第三开关K3、第五开关K5、第七开关K7的控制端连在一起，并与输入信号CW1相连；第二开关K2、第四开关K4、第六开关K6、第八开关K8的控制端连在一起，并与输入信号CW2相连。
本发明的优点和积极效果
本发明提供的多通带复数滤波器电路，采用开关电阻网络实现多通带电路结构，可以由外部串行总线CLK和DAT将控制字写入数据寄存器，改变电阻网络的连接，根据应用需求选择复数滤波器的中心频率和带宽，解决了传统复数滤波器使用能效单一、灵活性差等问题。外部串行总线CLK和DAT，可以灵活的连接各种微处理器接口。所提供的多通带复数滤波器可用于低中频结构收发器和软件无线电系统，具有应用范围宽，稳定性好，使用灵活，成本低等特点。
附图说明
图1是多通带复数滤波器电路结构图；
图2是实部有源滤波器电路原理图；
图3是虚部有源滤波器电路原理图；
图4是开关电阻网络电路原理图。
具体实施方式
实施例1、一种多通带复数滤波器电路
如图1所示，本发明提供的一种多通带复数滤波器电路，由数据寄存器1、开关电阻网络2、实部有源滤波器3和虚部有源滤波器4组成。
所述的数据寄存器1有两个输入端和两个输出端，两个输入端分别与外部串行总线信号CLK和DAT相连，两个输出端与开关电阻网络2的两个输入端相连；所述的开关电阻网络2有六个输入端和四个输出端，其中两个输入端与数据寄存器1的两个输出端相连，另外四个输入端分别与实部有源滤波器3的两个输出端和虚部有源滤波器4的两个输出端相连，所述的四个输出端分别与实部有源滤波器3的两个输入端和虚部有源滤波器4的两个输入端相连；所述的实部有源滤波器3有四个输入端和四个输出端，两个输入端与外部信号VIinP和ViinN相连，两个输出端分别与输出信号VIoutP和VIoutN相连，另外两个输入端与开关电阻网络2的两个输出端相连，另外两个输出端与开关电阻网络2的两个输入端相连；所述的虚部有源滤波器4有四个输入端和四个输出端，两个输入端分别与外部信号VQinP和VQinN相连，两个输出端分别与输出信号VQoutP和VQoutN相连，另外两个输入端与开关电阻网络2的两个输出端相连，另外两个输出端与开关电阻网络2的两个输入端相连。
实施例2、实部有源滤波器的实施
如图2所示，所述的实部有源滤波器3由第一运算放大器5、电阻Rinpi、电阻Rinni、电阻Rfpi、电阻Rfni、电容Cfpi和电容Cfni组成；其中，第一运算放大器5的同相输入端同时和电阻Rinpi、电阻Rfni、电容Cfni的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S2)连在一起；第一运算放大器5的反相输入端同时和电阻Rinni、电阻Rfpi、电容Cfpi的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S1)连在一起；电阻Rinpi和电阻Rinni的另一端与外部输入信号相连；电阻Rfpi和电容Cfpi并联，并跨接在第一运算放大器5的同相输出端节点和反相输入端节点上；电阻Rfni和电容Cfni并联，并跨接在第一运算放大器5的反相输出端节点和同相输入端节点上；第一运算放大器5的同相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S3)相连；第一运算放大器5的反相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S4)相连。
实施例3、虚部有源滤波器的实施
如图3所示，所述的虚部有源滤波器4由第二运算放大器6、电阻Rinpq、电阻Rinnq、电阻Rfpq、电阻Rfnq、电容Cfpq和电容Cfnq组成；其中，第二运算放大器6的同相输入端和电阻Rinpq、电阻Rfnq、电容Cfnq的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S7)连在一起；第二运算放大器6的反相输入端和电阻Rinnq、电阻Rfpq、电容Cfpq的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S8)连在一起；电阻Rinpq和电阻Rinnq的另一端与外部输入信号相连；电阻Rfpq和电容Cfpq并联，并跨接在第二运算放大器6的同相输出端节点和反相输入端节点上；电阻Rfnq和电容Cfnq并联，并跨接在第二运算放大器6的反相输出端节点和同相输入端节点上；第二运算放大器6的同相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S5)相连；第二运算放大器6的反相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S6)相连。
实施例4、实部有源滤波器和虚部有源滤波器电阻电容值的确定
所述的实部有源滤波器3和虚部有源滤波器4，所包括的电阻和电容数值的确定，满足如下约定：
实部有源滤波器3的差分输入电阻相等，并等于虚部有源滤波器4的差分输入电阻；实部有源滤波器3的同相反馈电阻等于反向反馈电阻，并且与虚部有源滤波器4的同相反馈电阻、反向反馈电阻都相等；实部有源滤波器3的同相反馈电容等于反向反馈电容，并且与虚部有源滤波器4的同相反馈电容、反向反馈电容都相等；即满足：Rinpi＝Rinni＝Rinpq＝Rinnq；Rfpi＝Rfni＝Rfpq＝Rfnq；Cfpi＝Cfni＝Cfpq＝Cfnq。
实施例5、开关电阻网络的实施
如图4所示，所述的开关电阻网络2由第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第八开关K8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12组成；其中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的一端连在一起，并与实部有源滤波器3的输出端(S3)相连；第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的一端连在一起，并与实部有源滤波器3的输出端(S4)相连；第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的一端连在一起，并与虚部有源滤波器4的输出端(S5)相连；第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12的一端连在一起，并与虚部有源滤波器4的输出端(S6)相连；第一电阻R1的另一端与第一开关K1的一端相连；第三电阻R3的另一端与第二开关K2的一端相连；第四电阻R4的另一端与第三开关K3的一端相连；第六电阻R6的另一端与第四开关K4的一端相连；第七电阻R7的另一端与第五开关K5的一端相连；第九电阻R9的另一端与第六开关K6的一端相连；第十电阻R10的另一端与第七开关K7的一端相连；第十二电阻R12的另一端与第八开关K8的一端相连；第二电阻R2的另一端连在第一开关K1和第二开关K2另一端相连的共同节点上，并与虚部有源滤波器4的输入端(S8)相连；第五电阻R5的另一端连在第三开关K3和第四开关K4另一端相连的共同节点上，并与虚部有源滤波器4的输入端(S7)相连；第八电阻R8的另一端连在第五开关K5和第六开关K6另一端相连的共同节点上，并与实部有源滤波器3的输入端(S2)相连；第十一电阻R11的另一端连在第七开关K7和第八开关K8另一端相连的共同节点上，并与实部有源滤波器3的输入端(S1)相连；第一开关K1、第三开关K3、第五开关K5、第七开关K7的控制端连在一起，并与输入信号CW1相连；第二开关K2、第四开关K4、第六开关K6、第八开关K8的控制端连在一起，并与输入信号CW2相连。
Claims (4)
1.一种多通带复数滤波器电路，其特征在于该电路包括数据寄存器、开关电阻网络、实部有源滤波器和虚部有源滤波器；
所述的数据寄存器有两个输入端和两个输出端，两个输入端分别与外部信号CLK和DAT相连，两个输出端与开关电阻网络的两个输入端相连；所述的开关电阻网络有六个输入端和四个输出端，其中两个输入端与数据寄存器的两个输出端相连，另外四个输入端分别与实部有源滤波器的两个输出端(S3、S4)和虚部有源滤波器的两个输出端(S5、S6)相连，所述的四个输出端分别与实部有源滤波器的两个输入端(S1、S2)和虚部有源滤波器的两个输入端(S7、S8)相连；所述的实部有源滤波器有四个输入端和四个输出端，两个输入端分别与外部信号VIinP和ViinN相连，两个输出端分别与输出信号VIoutP和VIoutN相连，另外两个输入端与开关电阻网络的两个输出端相连，另外两个输出端与开关电阻网络的两个输入端相连；所述的虚部有源滤波器有四个输入端和四个输出端，两个输入端分别与外部信号VQinP和VQinN相连，两个输出端分别与输出信号VQoutP和VQoutN相连，另外两个输入端与开关电阻网络的两个输出端相连，另外两个输出端与开关电阻网络的两个输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种多通带复数滤波器电路，其特征在于所述的实部有源滤波器由第一运算放大器A1、电阻Rinpi、电阻Rinni、电阻Rfpi、电阻Rfni、电容Cfpi和电容Cfni组成；其中，第一运算放大器A1的同相输入端同时和电阻Rinpi、电阻Rfni、电容Cfni的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S2)连在一起；第一运算放大器A1的反相输入端同时和电阻Rinni、电阻Rfpi、电容Cfpi的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S1)连在一起；电阻Rinpi和电阻Rinni的另一端与外部输入信号相连；电阻Rfpi和电容Cfpi并联，并跨接在第一运算放大器A1的同相输出端节点和反相输入端节点上；电阻Rfni和电容Cfni并联，并跨接在第一运算放大器A1的反相输出端节点和同相输入端节点上；第一运算放大器A1的同相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S3)相连；第一运算放大器A1的反相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S4)相连。
3.根据权利要求1所述的一种多通带复数滤波器电路，其特征在于所述的虚部有源滤波器由第二运算放大器A2、电阻Rinpq、电阻Rinnq、电阻Rfpq、电阻Rfnq、电容Cfpq和电容Cfnq组成；其中，第二运算放大器A2的同相输入端和电阻Rinpq、电阻Rfnq、电容Cfnq的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S7)连在一起；第二运算放大器A2的反相输入端和电阻Rinnq、电阻Rfpq、电容Cfpq的一端相连，并与开关电阻网络的输出端(S8)连在一起；电阻Rinpq和电阻Rinnq的另一端与外部输入信号相连；电阻Rfpq和电容Cfpq并联，并跨接在第二运算放大器A2的同相输出端节点和反相输入端节点上；电阻Rfnq和电容Cfnq并联，并跨接在第二运算放大器A2的反相输出端节点和同相输入端节点上；第二运算放大器A2的同相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S5)相连；第二运算放大器A2的反相输出端节点与开关电阻网络的输入端(S6)相连。
4.根据权利要求1所述的一种多通带复数滤波器电路，其特征在于所述的开关电阻网络由第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7、第八开关K8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12组成；其中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的一端连在一起，并与实部有源滤波器的输出端(S3)相连；第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的一端连在一起，并与实部有源滤波器的输出端(S4)相连；第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9的一端连在一起，并与虚部有源滤波器的输出端(S5)相连；第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12的一端连在一起，并与虚部有源滤波器的输出端(S6)相连；第一电阻R1的另一端与第一开关K1的一端相连；第三电阻R3的另一端与第二开关K2的一端相连；第四电阻R4的另一端与第三开关K3的一端相连；第六电阻R6的另一端与第四开关K4的一端相连；第七电阻R7的另一端与第五开关K5的一端相连；第九电阻R9的另一端与第六开关K6的一端相连；第十电阻R10的另一端与第七开关K7的一端相连；第十二电阻R12的另一端与第八开关K8的一端相连；第二电阻R2的另一端连在第一开关K1和第二开关K2另一端相连的共同节点上，并与虚部有源滤波器的输入端(S8)相连；第五电阻R5的另一端连在第三开关K3和第四开关K4另一端相连的共同节点上，并与虚部有源滤波器的输入端(S7)相连；第八电阻R8的另一端连在第五开关K5和第六开关K6另一端相连的共同节点上，并与实部有源滤波器的输入端(S2)相连；第十一电阻R11的另一端连在第七开关K7和第八开关K8另一端相连的共同节点上，并与实部有源滤波器的输入端(S1)相连；第一开关K1、第三开关K3、第五开关K5、第七开关K7的控制端连在一起，并与输入信号CW1相连；第二开关K2、第四开关K4、第六开关K6、第八开关K8的控制端连在一起，并与输入信号CW2相连。
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