CN113381726A - 一种可重构带通滤波器 - Google Patents

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刘美茹
王科平
洪然
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Abstract

本发明公开一种可重构带通滤波器，由M个不同频率的多相位时钟滤波器以及2M个相同的电阻构成，每个多相位时钟滤波器的输入侧设有两个所述电阻，输入的差分中频信号IN+、IN‑首先分别经过两个一级电阻进入一级滤波器处理后输出的IN+1、IN‑1分别经过两个二级电阻后再经过二级滤波器进行二级滤波；输出的IN+2、IN‑2分别经过两个三级电阻后再经过三级滤波器进行三级滤波，最后经过N级滤波器进行N级滤波得到第N级差分输出信号；其中，M为大于等于2的正整数。本发明中心频率可由外部时钟频率精确控制；由于外部时钟频率可以有很宽的变化范围，使得该带通滤波器可以在宽频带范围内精准调谐。

Description

一种可重构带通滤波器
技术领域
本发明涉及带通滤波器技术领域，特别是涉及一种可重构带通滤波器。
背景技术
无线接收机在通信领域中的应用十分广泛，一般采用零中频或低中频结构，其信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有源电路、线性电容器和电阻器组成，通常采用有源低通滤波器或者有源带通滤波器来对中频信号进行处理。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技术不断发展，N通道滤波器可以在高于1GHz的射频频率下工作。但单级N通道滤波器存在高次谐波分量干扰并且通带内平坦度性能较差。而现有技术中的模拟基带滤波器如MOSFET-C滤波器、OTA-C滤波器等，存在功耗较大、线性度不高、中心频率不易调节的缺陷。
因此，如何解决现有技术中模拟基带滤波器功耗较大、线性度较低且中心频率不易调节的问题，已经成为模拟基带滤波器设计的关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种可重构带通滤波器，其是一种可重构的多级级联N通道滤波器，多级级联N通道滤波器的中心频率可由外部时钟频率精确控制；由于外部时钟频率可以有很宽的变化范围，使得该带通滤波器可以在宽频带范围内精准调谐。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种可重构带通滤波器，由M个不同频率的多相位时钟滤波器以及2M个相同的电阻构成，多相位时钟滤波器的中心频率由外部时钟频率控制可调，每个多相位时钟滤波器的输入侧设有两个所述电阻，输入的差分中频信号IN+、IN-首先分别经过两个一级电阻进入一级滤波器处理后输出的IN+1、IN-1分别经过两个二级电阻后再经过二级滤波器进行二级滤波；输出的IN+2、IN-2分别经过两个三级电阻后再经过三级滤波器进行三级滤波，最后经过N级滤波器进行N级滤波得到第N级差分输出信号；其中，M为大于等于2的正整数。
其中，所述多相位时钟滤波器由多个相同的差分支路组成，每个差分支路包括第一MOS管与第二MOS管，第一MOS管与第二MOS管的栅极接控制信号以控制导通或关断，所述差分支路通过两个差分的公共节点连接在一起，相邻两条差分支路通过一个电容CBB交叉耦合在一起，每个差分支路输入的差分信号点连接其第一MOS管源级，相邻两条差分支路的第一MOS管漏级分别接电容CBB的两端，电容CBB的两端并交叉连接相邻两条差分支路的第二MOS管的漏级，第二MOS管的源级连接到另外一个差分公共节点。
其中，采用倍频和分频电路产生需要的多相时钟信号来控制多相位时钟滤波器工作。
其中，所述的M个不同频率的多相位时钟滤波器的相邻的滤波器的频率差值相同。
其中，所述的输入的差分中频信号IN+、IN-分别对应相位为0°、180°的中频信号。
本发明的该带通滤波器通过各级不同的时钟控制，能够在模拟基带滤波器中实现谐波抑制，并改善整体通带平坦度。
本发明的该带通滤波器由于只由MOS开关和电容器组成，因此可以达到非常好的线性性能，且由于MOS开关没有直流电流，也就没有闪烁噪声的问题。
本发明的该滤波器电路采用无源结构，从而降低电路功耗、提高线性度，对可重构接收机非常有吸引力。
附图说明
图1是本发明实施例提出的可重构的多级级联N通道滤波器的结构示意图；
图2是本发明实施例中单级N通道滤波器电路的结构示意图(以8相位时钟为例)；
图3是本发明实施例一的三级级联N通道滤波器的工作原理示意图；
图4是本发明实施例二的三级级联N通道滤波器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的可重构带通滤波器，M个不同频率(该滤波器的级数用M来表示)的多相位时钟滤波器、2M个电阻(其中M为大于等于2的正整数)。
其中，所述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信道选择。
其中，超低功耗可重构的多级级联N通道滤波器的可重构是指可调整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和带宽。
所述的可重构的多级级联N通道滤波器只由MOS开关和电容器组成，其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。
除了外部时钟电路产生的动态功耗，此外无其他功耗，因此所述的滤波器整体功耗可以低至微瓦级。
所述的超低功耗全无源可重构的多级级联N通道滤波器，采用电阻与M个不同频率的多相时钟滤波器并行连接，使相邻两个滤波器之间的滤波特性不为相互之间的电荷串扰。
所述的超低功耗全无源可重构的多级级联N通道滤波器，采用M个不同频率的多相位时钟滤波器，分别对应M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…次谐波频率分量相互叠加，从而得到更好的滤波器性能。
实施例1：
本实施例中的中频信号频率为4MHz，并分别采用中心频率为2MHz、4MHz、6MHz的8相滤波器三级级联来对本实施例进行简要说明。
本实施例提供的可重构多级级联滤波器的结构，如图1所示，包括：M个不同频率的多相位时钟滤波器、2M个相同的电阻(其中M为大于等于2的正整数)。输入的差分中频信号IN+、IN-(分别对应相位为0°、180°的中频信号)首先分别经过电阻1、电阻2然后经过滤波器3进行一级滤波；输出的IN+1、IN-1分别经过电阻4、电阻5后再经过滤波器6进行二级滤波；输出的IN+2、IN-2分别经过电阻7、电阻8后再经过滤波器9进行三级滤波。依此类推，得到最终第N级差分输出信号。
图3所示为本发明的具体实施例，此时级联的滤波器数目为3，即M＝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。
所述多相位时钟滤波器的电路结构，如图2所示。本具体实施例为8相位时钟滤波器。传统N通道滤波器采用单时钟驱动，滤波结果中还存在时钟的偶次谐波。为了消除该偶次谐波对滤波器的影响，在M通道滤波器设计中采用差分时钟技术。该滤波器由8个相同的分支组成，这些分支通过两个差分的公共节点连接在一起，每个分支输入的差分信号点连接MOS管源级，通过漏级连接电容CBB，电容CBB的另一端连接其他MOS管的漏级，然后通过源级连接到另外一个差分公共点。
其中，多相时钟信号通过栅极输入控制导通以及关断特性，两条差分支路通过电容CBB交叉耦合在一起。
其工作过程为:MOS开关由8个周期性时钟PH8<0>、PH8<1>…PH8<8>提供，占空比为1/8,时钟按序依次导通，在T/8时间内，8个开关只有一个处于导通状态，当一个开关打开时，输入信号流向相应的电容CBB，当下一个T/8时间间隔内，另一个开关导通，依次类推，八个时钟依次导通结束为一个周期。各级滤波器的滚降特性可由(基带滤波)电容CBB的大小调整。
所述可重构谐波抑制滤波器的第一级结构为中心频率为4MHz的8相N通道滤波器，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，再将电容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2MHz和6MHz的8相滤波器，其主要作用是对第一级中心频率为4MHz滤波器进行3、5次谐波抑制。
实施例2：
为简化片外时钟数量，采用倍频和分频电路来减少时钟的数量，如图4所示，此设计可以避免后续测试中多个片外频率源带来的不便，选用一个16MHz的片外时钟经过二倍频电路产生32MHz的时钟信号然后再经过八分频电路产生4MHz的八相时钟信号来控制第一级滤波电路；同一个16MHz的片外时钟经过八分频电路产生2MHz的八相时钟信号来控制第二级滤波电路；同一个16MHz的片外时钟经过三倍频电路产生48MHz的时钟信号然后再经过八分频电路产生6MHz的八相时钟信号来控制第三级滤波电路。只有一个片外时钟的完整的三级级联滤波器的工作原理示意图参考图4。
本发明实施例的可重构滤波器，其多级N通道滤波器无静态功耗，整体滤波器功耗可降至微瓦级，相比于其他多级级联有源滤波器线性度较高。
本发明实施例提出的可重构的多级级联N通道滤波器，采用不同频率的多相位时钟，在模拟基带滤波器中实现谐波抑制。
本发明实施例的可重构滤波器，通过调整时钟频率，可调整滤波器的中心频率，进行通带选择，具有较高的灵活性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.可重构带通滤波器，其特征在于，由M个不同频率的多相位时钟滤波器以及2M个相同的电阻构成，多相位时钟滤波器的中心频率由外部时钟频率控制可调，每个多相位时钟滤波器的输入侧设有两个所述电阻，输入的差分中频信号IN+、IN-首先分别经过两个一级电阻进入一级滤波器处理后输出的IN+1、IN-1分别经过两个二级电阻后再经过二级滤波器进行二级滤波；输出的IN+2、IN-2分别经过两个三级电阻后再经过三级滤波器进行三级滤波，最后经过N级滤波器进行N级滤波得到第N级差分输出信号；其中，M为大于等于2的正整数。
2.根据权利要求1所述可重构带通滤波器，其特征在于，所述多相位时钟滤波器由多个相同的差分支路组成，每个差分支路包括第一MOS管与第二MOS管，第一MOS管与第二MOS管的栅极接控制信号以控制导通或关断，所述差分支路通过两个差分的公共节点连接在一起，相邻两条差分支路通过一个电容CBB交叉耦合在一起，每个差分支路输入的差分信号点连接其第一MOS管源级，相邻两条差分支路的第一MOS管漏级分别接电容CBB的两端，电容CBB的两端并交叉连接相邻两条差分支路的第二MOS管的漏级，第二MOS管的源级连接到另外一个差分公共节点。
3.根据权利要求1所述可重构带通滤波器，其特征在于，采用倍频和分频电路产生需要的多相时钟信号来控制多相位时钟滤波器工作。
4.根据权利要求1所述可重构带通滤波器，其特征在于，所述的M个不同频率的多相位时钟滤波器的相邻的滤波器的频率差值相同。
5.根据权利要求1所述可重构带通滤波器，其特征在于，所述的输入的差分中频信号IN+、IN-分别对应相位为0°、180°的中频信号。
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