CN1117667A - 用于检测指示信号的开关电容带通滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种开关电容带通滤波器包括一个滤波器单元和一个锁相环，该锁相环用于接收该滤波器单元的输出信号并产生一个具有该滤波器极点频率整数倍的时钟信号作为其时钟。由于该带通滤波器使用了一个滤波器单元，故其不需要一个外部时钟，从而通过自动调整消除了因工艺参数而产生的误差。

Description

用于检测指示信号的 开关电容带通滤波器
本发明涉及一种带通滤波器，更具体地说，涉及一种用来检测出鉴别一个双载波多声道广播接收器的广播状态的信号的开关电容带通滤波器。
在双载波多声道广播时，一个用于指示广播状态(单音/立体声/双音)的广播状态鉴别信号，也就是说，一个指示信号，被加在副载波上，因此，电视机或磁带录相机通过检测出该指示信号来鉴别广播状态。但是，因为与相邻的音频信号相比，该指示信号在幅度上非常小，而且还受到由于噪声和该音频信号本身所造成的严重干扰，因此需要一个具有很窄带宽的带通滤波器才能检测出该指示信号。
粗略地说，有三种可能的方法可以实现这样一个具有很窄带宽的带通滤波器。
首先，可以使用一个外部滤波器。虽然，就电特性来说，用这种方法可以得到最好的结果，但使用一个作为单独制成品的滤波器所需费用也最大。
另一方面，也可以使用一个跨导运算放大器(OTA)。该方法通过包含一个内部滤波器而减少了外部部件的数目和集成电路的端口数目，从而得到一个较低的产品价格。但是，该OTA滤波器的极点是由集成电容器和电阻器的绝对数值决定的。因此，当在集成电路中制造该滤波器的时候，如果不调整内部各元件的绝对数值，则由于工艺参数的影响，该滤波器将得不到准确的极点。
为了解决这个工艺参数问题，使用一个开关电容滤波器(SCF)。如果使用该方法，该SCF的极点仅由一个用于驱动开关的时钟的频率和电容器的比值决定，而与这些电容的绝对数据值无关。由于这个原因，即使当在集成电路制造该滤波器时，由于工艺参数使电容值有了变化，但这些电容的比值几乎没有改变，从而能够得到准确的极点特性。但不利的是，该SCF需要一个精确的时钟。该时钟信号要使用一个昂贵的部件(如，可调谐的石英晶体)从外部输入，如图1所示，它说明了一个使用SCF和外部提供时钟的带通滤波器的结构。
所以，为了解决这些问题，本发明的一个目的就是提供一种用于精确调整滤波器极点的开关电容带通滤波器。
为了达到本发明的目的，提供了一个开关电容带通滤波器，该开关电容带通滤波器包括一个滤波器单元和一个锁相环，该锁相环用于接收该滤波器单元的输出信号并提供一个具有该滤波器的极点频率整数倍的时钟信号作为该滤波器单元的时钟。
上述关于本发明的目的和优点可以通过参照其附图详细说明一个最佳实施例而体现得更明显，其中附图有：；
图1是一个传统的开关电容带通滤波器的框图；
图2是一个根据本发明的开关电容带通滤波器的框图；
图3是图2中所示的滤波器单元的详细电路图；以及
图4(显示的)是一个表示图2中的开关电容带通滤波器的频率和增益间的关系图。
参照图2，一个根据本发明的开关电容带通滤波器包括一个滤波器单元100和一个锁相环(PLL)200，该锁相环(PLL)200由一个1/N分频器10，一个相位检测器20，一个低通滤波器(LPF)30，和一个压控振荡器(VCO)40组成。在PLL200中，VCO40根据一个输入信号产生一个频率。VCO40的输出信号(fvco)用来作为滤波器单元100的一个时钟。
参照图3，滤波器单元100由比较器1和2，电容C1，C2，C3，C4，C5和C6，以及各个由来自VCO40的时钟控制的开关组成。该时钟信号包括一个非反相信号CK和一个反相信号CKB。
图3中的开关电容滤波器的传递函数是由下面的公式(1)给定的。 H ( S ) = - S ( C 3 C 5 f CK C 1 C 2 ) S 2 + S ( C 4 C 5 f CK C 1 C 2 ) + C 5 C 6 f CK 2 C 1 C 2 - - - - - - ( 1 )
从公式(1)，可得到如下的该开关电容滤波器的极点fc。 f c = α f CK C 5 C 6 C 1 C 2 - - - - - - - - - - - - - ( 2 )
在上式中，α是该滤波器单元的一个常数(在二阶带通滤波器的情况下为1/2π)；fck表示该滤波器的开关驱动时钟频率；以及该均方根值表示的是该滤波器的电容的比值。
由公式(2)可知，该滤波器单元的极点是由电容的比值和时钟频率fck决定的。给定一个恒定的电容比值，则该极点具有和该时钟频率成正比的值。电容比值应设定成使得fck成为该滤波器单元的极点的整数(N)倍。首先，使得该VCO40的固有振荡频率ff为其时钟频率。该VCO的输出频率fvco被1/N分频器10分频1/N并被馈送到相位检测器20，而当PLL200锁相时，1/N分频器10的输出频率f2应与输入到相位检测器20的一个信号的频率f1相同。为了使系统的误操作最小，应将PLL的频率范围设置得尽可能地窄。
根据本发明的开关电容带通滤波器的操作说明如下。
在其初始状态，也就是说，当不存在输入时，VCO40处于自由振荡状态。其滤波器单元的极点fc是由VCO40的固有振荡频率ff决定的。当一个处于PLL200的可用频率范围内的输入加到滤波器单元100上时，该输入被滤波器滤波，使得一个信号f1输出到PLL200，并且PLL200中的VCO40在一个对应于该信号的频率振荡，也就是说，产生一个具有该输入信号频率N倍的信号fvco。使用信号fvco。作为滤波器单元100的时钟来重新形成频率fc并馈送到相位检测器20从而使PLL200锁相。当PLL200锁相时，VC040的振荡频率跟随其输入信号的频率。此时，滤波器单元100的频率fc也被改变。如果该输入信号落到PLL200的锁相范围以外，则PLL200解锁，并且VCO40进入自由振荡状态从而使频率fc回复到初始状态。
在图2所示的电路被集成的情况下，由于工艺参数的影响，VCO40的固有振荡频率ff可能会有所改变。换句话说，在其初始状态，该滤波器单元的极点可能从最初的目标频率fc改变成一个频率fc＋Δfc(或fc－Δfc)。在这种情况下，当一个输入加到该滤波器上时，其极点将从设定位置偏离从而使通过的信号减弱并输出到PLL200。如果该减弱信号的幅度落在相位检测器20的工作范围内，则PLL200启动工作并锁相。VCO40在一个相应频率振荡。VCO40的输出信号fvco驱动该滤波器单元从而使其极点从fc＋Δfc(或fc－Δfc)移到fc。换言之，即使由于工艺参数使该滤波器单元的极点发生变化，整个系统通过自动调整仍能显示出准确的特性。图4是显示图2的带通滤波器的特性的图。
如上所述，根据本发明的带通滤波器使用一个不需要外部时钟的滤波器单元，从而通过自动调整能够消除因工艺参数而产生的误差。在有几个落在PLL频率范围内的信号输入的情况下，其中最强的或最早输入的信号被检测出来并据此进行工作。

Claims (4)

1.一种开关电容带通滤波器包括：
一个滤波器单元；以及
一个锁相环，用于接收所述滤波器单元的输出信号，并提供一个具有所述滤波器单元的极点频率的整数倍的时钟信号作为所述的滤波器单元的时钟。
2.根据权利要求1的开关电容带通滤波器，其中所述的锁相环包括：
用于接收所述滤波器单元的输出信号并检测相位的相位检测装置；
一个用于对所述相位检测装置的输出信号进行滤波的低通滤波器；
一个用于根据所述低通滤波器的输出信号改变频率的压控振荡器；以及
一个1/N分频器，用于接收并1/N分频所述压控振荡器的输出信号并将分频后的信号加到所述相位检测装置上。
3.根据权利要求1的开关电容带通滤波器，其中所述开关电容滤波器检测出落入一个有限频带中的几个输入信号中的最强者。
4.根据权利要求1的开关电容带通滤波器，其中所述开关电容滤波器检测出落入一个有限频带中的几个输入信号中的最先输入者。
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