CN110719087B - 一种可重构谐波抑制复数滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可重构谐波抑制复数滤波器，包括2N个电压放大器、N个结构相同的多相位复数滤波器;其中N为大于等于2的正整数。2N个电压放大器用来实现对相邻两级多相位复数滤波器之间的隔离，以防止相邻滤波器互为彼此负载，从而恶化滤波器的滤波性能。N个复数滤波器用来对输入的中频信号进行选择和滤波。其中某一级复数滤波器的基波频率决定了整体滤波器的中心频率，其余N‑1级复数滤波器用来增加整体滤波器的谐波抑制及带内平坦度性能。本实施例的可重构谐波抑制复数滤波器基于差分N通道滤波器的原理，与现有的模拟基带滤波器相比，具有显著的功耗和面积性能。
Description
技术领域
本发明属于电路与系统技术领域一种，尤其涉及一种可重构谐波抑制复数滤波器。
背景技术
无线接收机在通信领域中的应用十分广泛，一般采用零或低中频结构。其通道选择和镜像抑制通常由模拟基带滤波器执行。
上述类型的模拟基带滤波器由线性电容器和电阻器组成，通常采用有源RC低通滤波器或者有源复数带通滤波器来对中频信号处理，但有源滤波器需要采用运算放大器的结构消耗较大功率并且占据大的芯片面积。
时间连续的N通道滤波器在20世纪60年代就被提出，主要用于kHz工作频率。随着CMOS技术不断扩展，N通道滤波器能工作在电视频段的RF频率甚至高于1GHz。由于N通道滤波器由N个不同的外部时钟驱动，其导通和关断特性较为理想，静态功耗基本为0。但单级N通道滤波器存在谐波峰值高、带内平坦度低的缺点。
因此，现有技术中的模拟基带滤波器，存在功耗较大和电路面积较大的缺陷；而现有的单级N通道滤波器存在谐波峰值高、带内平坦度低的缺点。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种可重构谐波抑制复数滤波器，该滤波器采用N个不同频率的多相位时钟复数滤波器，能够在模拟基带滤波器中实现谐波抑制、降低电路功耗、减小电路面积并改善滤波器的整体通带平坦度性能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种可重构谐波抑制复数滤波器，包括N个不同频率的多相位时钟复数滤波器、2N个电压放大器，其中N为大于等于2的正整数。 所述N个不同频率的多相位时钟复数滤波器用于取代传统接收机链路的模拟基带滤波器，并对无线接收机链路中的低中频信号进行滤波和通道选择；所述电压放大器用于对相邻的复数滤波器进行电压隔离；N个复数滤波器用来对输入的中频信号进行选择和滤波；某一级复数滤波器的基波频率决定了整体滤波器的中心频率，其余N-1级复数滤波器用来增加整体滤波器的谐波抑制及带内平坦度性能。
所述一种可重构谐波抑制复数滤波器的可重构是指可调整复数滤波器的多相位时钟频率从而调整所述滤波器的中心频率，即所需信号的频率；其中一种可重构谐波抑制复数滤波器的谐波抑制是对时钟频率的奇偶次谐波进行抑制，从而能够得到更好的滤波器Q值，即滤波器整体的通带性能。
本发明的采用电压放大器，对N个不同频率的多相时钟复数滤波器进行隔离，使相邻两个个滤波器之间的滤波特性不因为其互为对方的负载而相互影响。
本发明进一步改进在于：输入中频信号采用差分正交路径，并且差分和正交路径共用一个基带电容CBB。
本发明的进一步改进在于：采用N个不同频率的多相位时钟复数滤波器，对应N个各不相同的1、3、5、7…次谐波频率，每一级滤波器的1、3、5、7…次谐波频率相互叠加，从而得到更好的滤波器性能。
本发明的进一步改进在于：所述电压放大器采用可编程增益放大器。
本发明的中心信号频率处可以达到45dB以上的镜像抑制比，并且具有良好的谐波抑制性能，既滤波器的边带具有良好的通带特性；均采用无源双平衡的混频结构，由于外部时钟的导通关断特性较为理想，每个滤波器的静态功耗几乎为0；因此所述的滤波器整体功耗可以达到微瓦级。
有益效果：
本发明的优点如下：
1、 N个复数滤波器的静态功耗很小，整体滤波器功耗可降至微瓦级。
2、 具备谐波抑制功能、高Q的通带特性、电路面积较小。
附图说明
图1是本发明实施例提供的可重构谐波抑制复数滤波器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的3级可重构谐波抑制复数滤波器的结构示意图；
图3是电压放大器电路的结构示意图；
图4是单级复数滤波器电路的结构示意图（以8相位时钟为例）；
图5是本发明实施例提供的可重构谐波抑制复数滤波器的工作原理示意图；
图6是采用可编程增益放大器（PGA）代替电压放大器的工作原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
本具体实施例中的中频信号频率为5MHz，并分别采用中心频率为5MHz、 4MHz、6MHz的8相复数滤波器级联来对本实施例进行简要说明。
参见图1所示，包括N个不同频率的多相位时钟复数滤波器、2N个相同的电压放大器；其中N为大于等于2的正整数。
此时待滤波的正交差分中频信号IN、IP、QN、QP分别对应中频信号相位为0°、180°、90°、270°；首先进行一级滤波；然后IN、IP经过电压放大器7进行电压放大，QN、QP经过电压放大器15进行电压放大，并得到第一级正交差分输出信号；第一级正交差分输出信号立刻进入第一级复数滤波器11进行信号滤波和选择，得到第一级正交差分输出信号。
第一级正交差分输出信号再进行二级滤波；即第一级差分输出信号进入电压放大器8进行电压放大，第一级正交输出信号进入电压放大器16进行电压放大，并得到第二级正交差分输出信号。
第二级正交差分输出信号立刻进入第二级复数滤波器12进行信号滤波和选择，得到第二级正交差分输出信号；然后依此类推，得到最终第N级正交差分输出信号。
其中以8相位时钟为例，如图4所示的多相位时钟复数滤波器电路结构示意图。
本具体实施例为8相位时钟复数滤波器采用I路径和Q路径共享一个基带电容CBB，各级的滤波器的滚降特性可由基带电容器CBB的大小调整。
所述可重构谐波抑制复数滤波器的第一级结构为中心频率为5MHz的8相复数滤波器，其主要作用是确定输入信号频率，并对输入信号首先进行下变频和滤波，再将滤波电容器CBB上的电压上变频到输出节点。所述滤波器的第二级和第三级结构分别为中心频率为4MHz和6MHz的8相复数滤波器，其主要作用是对第一级中心频率为5MHz滤波器进行3、5次谐波抑制，其工作原理示意图参见图5所示。
其中本实施例要求每一级滤波器的上下两个电压放大器严格相同，电压放大器7和电压放大器15相同；电压放大器8和电压放大器16相同；电压放大器9和电压放大器17相同；电压放大器10和电压放大器18相同。
不同频率的复数滤波器对应的电压放大器可以略微不同；例如电压放大器7和电压放大器8，以便控制各级滤波的增益大小，从而调整整体滤波器的通带性能。
如图2所示：此时级联的滤波器数目为3，即N=3并把第一级滤波器的基波频率作为整体滤波器的中心频率；其中所述电压放大器28的电路结构示意图如图3所示。
采用NMOS管实现差分对称电压放大电路，其电流源为NMOS管的漏极提供恒定直流电压，并控制整个电压放大器的功耗。
采用可编程增益放大器（PGA）代替0dBm电压放大器的工作原理示意图参见图6；此设计可以在节省功耗的基础上，实现滤波器电压增益控制、节省后续电路芯片面积并实现滤波器之间的相互隔离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种可重构谐波抑制复数滤波器，其特征在于：包括N个不同频率的多相位时钟复数滤波器、2N个电压放大器，其中N为大于等于2的正整数；所述电压放大器用于对相邻的复数滤波器进行电压隔离；N个复数滤波器用来对输入的中频信号进行选择和滤波；某一级复数滤波器的基波频率决定了整体滤波器的中心频率，其余N-1级复数滤波器用来增加整体滤波器的谐波抑制及带内平坦度性能；对输入的差分中频信号进行直接输入电压放大器7和90°移相后输入电压放大器15，即产生I和Q路径；其中IN、IP、QN、QP分别代表输入中频信号相位为0°、180°、90°、270°；输入中频信号采用差分正交路径，并且差分和正交路径共用一个基带电容CBB；采用N个不同频率的多相位时钟复数滤波器，对应N个各不相同的1、3、 5、7…次谐波频率，每一级滤波器的1、3、 5、7…次谐波频率相互叠加，从而得到更好的滤波器性能。
2.根据权利要求1所述的一种可重构谐波抑制复数滤波器，其特征在于：所述电压放大器采用可编程增益放大器。
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