CN116964935A - 一种滤波装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种装置，所述装置包括：第一晶体管，用于在所述第一晶体管的第一漏极/源极端子处接收基带信号，并在所述第一晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带信号；第一电容，连接到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子，其中，所述第一电容用于提供所述装置的第一极点；第二电容，连接到所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子，其中，所述第二电容用于提供所述装置的第二极点。

Description

一种滤波装置和方法
技术领域
本发明大体上涉及无线发送器和/或接收器中的滤波装置，或更具体地，涉及收发器中的滤波装置。
背景技术
无线通信系统广泛用于使用各种接入终端(诸如蜂窝电话、笔记本电脑和各种多媒体设备)为多个用户提供语音和数据服务。这样的通信系统可以包括局域网，诸如IEEE801.11网络、蜂窝电话和/或移动宽带网络。通信系统可以使用一种或多种多址接入技术，例如频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)、时分多址(Time DivisionMultiple Access，TDMA)、码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)、单载波频分多址(SingleCarrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA)等。移动宽带网络可以符合许多标准，诸如全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、通用移动电信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)、长期演进(LongTerm Evolution，LTE)等。
无线网络可以包括无线设备和多个基站。无线设备可以为笔记本电脑、移动电话或个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、媒体播放器、游戏设备等。基站通过在无线设备与基站之间耦合的多个无线信道(例如，从基站到无线设备的下行信道)与无线设备通信。无线设备可以通过多个反馈信道(例如，从无线设备到基站的上行信道)向基站发送包括信道信息在内的信息。
无线设备可以包括处理器、发送器和接收器。发送器可以耦合到至少一根发送天线。接收器可以耦合到至少一根接收天线。至少一根发送天线和至少一根接收天线可以为相同的天线，也可以为不同的天线。接收器的一个主要功能为抑制不需要的噪声，诸如包括来自相邻信道的谐波的信号，以及更一般的干扰，以便可以更好地恢复来自接收天线的宽频谱信号的期望信号。
随着无线技术的进一步发展，滤波器已成为提高射频系统性能的有效组成部分。目前最常用的滤波器是基于模拟块设计的，例如电压放大器、电流放大器、其任意组合等。滤波器中的放大器占用面积大和功耗大。随着半导体技术的进一步发展，放大器的电源电压也被迫减小。减小的电源电压要求放大器具有多级。多级则占用了很大的布局面积。此外，大电流可能流经多个级。因此，有一个简单的滤波器来提高射频系统的性能并减少滤波器占用的面积是有益的。
发明内容
通过本发明的优选实施例提供的用于射频(radio frequency，RF)通信系统的单晶体管滤波器，通常可以解决或规避这些和其它问题，并且通常可以实现技术优势。
根据一个实施例，提供了一种装置，所述装置包括：第一晶体管，用于在所述第一晶体管的第一漏极/源极端子处接收基带信号，并在所述第一晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带信号；第一电容，连接到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子，其中，所述第一电容用于提供所述装置的第一极点；第二电容，连接到所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子，其中，所述第二电容用于提供所述装置的第二极点。
所述装置还包括：电阻，连接在所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二漏极/源极端子之间，其中，所述电阻用于调整所述装置的滤波特性；负载电阻，连接到所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子。
可选的，所述第一晶体管为p型晶体管。所述第一漏极/源极端子为所述p型晶体管的源极端子。所述第二漏极/源极端子为所述p型晶体管的漏极端子。
可选的，所述第一晶体管为n型晶体管。所述第一漏极/源极端子为所述n型晶体管的源极端子。所述第二漏极/源极端子为所述n型晶体管的漏极端子。
可选地，所述装置用于使得所述基带信号通过电流源馈送到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子。
可选地，所述装置用于使得所述基带信号通过输入电阻馈送到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子。
可选地，述装置用于通过放大器向所述第一晶体管施加偏置电压，其中：所述放大器的输出端连接到所述第一晶体管的栅极；所述放大器的反相输入端连接到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子；所述放大器的同相输入端用于接收所述基带信号。
所述装置还包括：第二晶体管，用于在所述第二晶体管的第一漏极/源极端子处接收第二基带信号，并在所述第二晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的第二基带信号，其中：所述第一电容连接在所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二晶体管的所述第一漏极/源极端子之间；所述第二电容连接在所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子和所述第二晶体管的所述第二漏极/源极端子之间。
所述装置还包括：与所述第一电容和所述第二电容中的至少一个并联连接的多个开关电容网络，其中，所述多个开关电容网络用于使得所述第一极点和所述第二极点中的至少一个是动态可调的。
所述装置还包括：负载电阻，连接在所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子与地之间；与所述负载电阻并联连接的多个电阻开关网络，其中，所述多个电阻开关网络用于使得所述装置的增益是动态可调的。
根据另一个实施例，提供了一种方法，所述方法包括：生成基带模拟信号；在包括单晶体管的滤波器中对所述基带模拟信号进行滤波，其中，所述滤波器包括第一极点和第二极点，所述第一极点由耦合到所述单晶体管的第一漏极/源极端子的第一电容形成，所述第二极点和由耦合到所述单晶体管的第二漏极/源极端子的第二电容形成。
所述滤波器包括：所述单晶体管，具有连接到所述第一电容的第一漏极/源极端子、连接到所述第二电容的第二漏极/源极端子和连接到偏置电压的栅极；电阻，连接在所述单晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二漏极/源极端子之间；负载电阻，连接在所述第二漏极/源极端子和地之间。
所述方法还包括：配置所述单晶体管以在所述单晶体管的所述第一漏极/源极端子处接收所述基带模拟信号，并在所述单晶体管的所述第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带模拟信号。
所述滤波器还包括与所述第一电容和所述第二电容中的至少一个并联连接的多个开关电容网络。
所述方法还包括配置所述多个开关电容网络以动态调整所述第一极点和所述第二极点中的至少一个。
根据又一个实施例，提供了一种射频(radio frequency，RF)系统，所述射频系统包括：处理器，用于生成待传输的基带数字信号；数模转换器，用于接收所述基带数字信号并将所述基带数字信号转换为基带模拟信号；耦合到所述数模转换器输出端的单晶体管滤波器，其中，所述单晶体管滤波器用于在晶体管的第一漏极/源极端子处接收所述基带模拟信号，并在所述晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带模拟信号。
所述单晶体管滤波器包括：所述晶体管，具有连接到第一电容的所述第一漏极/源极端子、连接到第二电容的所述第二漏极/源极端子和连接到偏置电压的栅极；电阻，连接在所述晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二漏极/源极端子之间；负载电阻，连接在所述第二漏极/源极端子和地之间。
所述晶体管为p型晶体管。所述第一漏极/源极端子为所述p型晶体管的源极端子。所述第二漏极/源极端子为所述p型晶体管的漏极端子。
所述单晶体管滤波器是具有两个极点的二阶滤波器，其中：所述第一电容用于提供所述单晶体管滤波器的第一极点；所述第二电容用于提供所述单晶体管滤波器的第二极点。
所述系统还包括：与所述第一电容和所述第二电容中的至少一个并联连接的多个开关电容网络，其中，所述多个开关电容网络用于动态调整所述第一极点和所述第二极点中的至少一个。
本发明的实施例的优势是用于对基带模拟信号进行滤波的单晶体管滤波器。单晶体管滤波器用于消除或减少RF系统中的失真。采用单晶体管滤波器可以减少滤波器的布局面积，提高RF系统的效率。
前述内容相当广泛地概述了本发明的特征和技术优势，以便更好地理解以下公开的详细说明。下文将描述形成本发明的权利要求书的主题的本发明的附加特征和优点。所属领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可容易地用作修改或设计用于实现本发明的相同目的的其它结构或过程的基础。所属领域的技术人员还应意识到，这种等效构造不脱离所附权利要求书中所提出的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优势，现在下面结合附图参考以下描述。
图1示出了根据本发明的各种实施例的无线网络；
图2示出了根据本发明的各种实施例的如图1所示的UE的方框图；
图3示出了根据本发明的各种实施例的如图1中所示的基站的方框图；
图4示出了根据本发明的各种实施例的无线通信设备的方框图；
图5示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第一种实现方式的示意图；
图6示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第二种实现方式的示意图；
图7示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第三种实现方式的示意图；
图8示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第四种实现方式的示意图；
图9示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第五种实现方式的示意图；
图10示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第六种实现方式的示意图；
图11示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第七种实现方式的示意图；
图12示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第八种实现方式的示意图；
图13示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第九种实现方式的示意图；
图14示出了根据本发明的各种实施例的用于在射频系统中使用单晶体管滤波器对基带模拟信号进行滤波的方法的流程图。
除非另有说明，不同附图中的相应数字和符号通常指相应的部分。绘制这些附图是为了清楚地示出各种实施例的相关方面，并且不一定是按比例绘制的。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的制造和使用。但应了解，本发明提供了许多适用的发明概念，这些发明概念可在多种具体上下文中体现。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的具体方式的说明，并不限制本发明的范围。
本发明将在特定上下文中关于优选实施例进行描述，即用于改善包括多个无线设备(例如，移动电话)和多个基站的无线网络的性能的单晶体管滤波器。然而，本发明也可以应用于各种射频(radio frequency，RF)系统。在下文中，将参考附图详细解释各种实施例。
图1示出了根据本发明的各种实施例的无线网络。无线网络100包括基站110、多个移动设备120和回程网络130。移动设备120可以实现为任何合适的最终用户设备，诸如用户装备/设备、无线发送/接收单元、移动站、笔记本电脑、移动电话、个人数字助理(PDA)、媒体播放器、游戏设备、无线传感器、可穿戴设备等。移动设备120可以包括接收器、发送器、天线和其它合适的组件。在整个描述中，移动设备也可以称为用户设备(user equipment，UE)。
基站110可以指用于提供对无线网络的无线接入的任何组件(或组件集合)。基站可以实现为基站收发信台(base transceiver station，BTS)、3G基站(NodeB)、演进型基站(evolved NodeB，eNB)、第五代(fifth generation，5G)基站(fifth generation NodeB)、家庭基站(Home NodeB)、宏蜂窝、毫微微蜂窝基站、接入点(access point，AP)或其它无线使能设备。
如图1所示，基站110与移动设备120建立上行链路连接和/或下行链路连接(虚线)，该上行链路连接和/或下行链路连接用于将数据从移动设备120传输到基站110，反之亦然。通过上行链路连接/下行链路连接承载的数据可以包括在移动设备120之间发送的数据以及通过回程网络130发送到远端/从远端发送(未示出)的数据。
移动设备120可以发送和接收基于各种通信协议(例如全球移动通信系统(GlobalSystem for Mobile Communications，GSM)、通用移动通讯系统(Universal MobileTelecommunications System，UMTS)、长期演进(Long Term Evolution，LTE)、LTE升级版(LTE Advanced，LTE-A)、LTE多媒体广播多播业务(Multimedia Broadcast MulticastService，MBMS))调制的无线信号。此外，无线信号可以基于其它标准调制，例如全球微波接入互操作性(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX)、无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)、超宽带(Ultra-Wideband，UWB)等。此外，基站和移动设备可以用于实现其它合适的无线协议。虽然图1示出了蜂窝通信网络，但应当理解，移动设备120还可以包括Wi-Fi和蓝牙通信电路，以与接入点和个人区域网络主机通信。对于每个传出或传入RF通信路径，根据本发明实施例的滤波器可以用于以占用更少IC空间的方式提供所需的滤波。虽然这样的通信路径在图1中未示出，但应该理解，其可以包括在本发明中，并且是本发明的一部分。
图2示出了根据本发明的各种实施例的如图1所示的UE的方框图。UE 120可以实现为移动电话，但可以为上文关于图1描述的任何合适的无线设备。如图2所示，UE 120包括发送器202、接收器204、存储器206、处理器208、输入/输出设备212和天线210。应该注意，为了简单起见，图2仅示出了UE 120的相关组件。UE 120可以包括其它合适的组件。此外，虽然图2示出了一个元件(例如，一个处理器208)，但UE 120可以容纳任何数量的此类元件。还应当理解，图2的任何一个单元可以只是多个这样的单元之一。例如，UE 120可以包括多个发送器、接收器、天线、I/O元件甚至处理器。
所述处理器208可以实现UE 120的各种处理操作。例如，处理器208可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理等。所述处理器208可以包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。例如，处理器208可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路等。存储器206可以实现为非瞬时存储器。
发送器(TX)202用于调制数据或其它内容，以便由天线210传输。在将信号馈送到天线210以传输之前，发送器202可以接收基带数字信号，将基带数字信号转换为模拟信号，对模拟信号进行滤波，将经滤波的模拟信号上变频为射频信号，并放大射频信号。经放大的射频信号由天线210发送。
接收器(RX)204用于解调天线210接收的数据或其它内容。接收器204用于接收来自天线210的RF信号，放大RF信号，将RF信号下变频为基带(或中)频率模拟信号，对基带频率模拟信号进行滤波，将经滤波的基带频率模拟信号转换为基带数字信号。将基带数字信号发送到基带处理器，用于进一步处理以输出语音或数据。接收器204可以包括用于处理无线接收的信号的任何合适的结构。天线210可以包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。相同的天线210可以用于发送和接收RF信号，或者可替代地，不同的天线210可以用于发送信号和接收信号。
应当理解，一个或多个发送器202可以在所述UE 120中使用，一个或多个接收器204可以在所述UE 120中使用，一根或多根天线210可以在所述UE 120中使用。虽然示出为单独的块或组件，但至少一个发送器202和至少一个接收器204可以组合成收发器。因此，在图2中，可以示出收发器的单个块，而不是示出发送器202的单独块和接收器204的单独块。
输入/输出设备212有助于与用户进行交互。输入/输出设备212包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何适合的结构，例如扬声器、麦克风、键盘、显示器、触摸屏及其任何组合。
存储器206存储由UE 120使用、生成或收集的指令和数据。例如，存储器206可以存储由处理器208执行的软件指令或固件指令。存储器206可以实现为任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备，例如随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(secure digital，SD)存储卡等。
图3示出了根据本发明的各种实施例的如图1中所示的基站的方框图。基站110包括处理器308、发送器302、接收器304、一个或多个天线310和一个存储器306。处理器308实现各种处理操作，诸如信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理等。处理器308包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。处理器308可以实现为微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路等。存储器306为非瞬时性存储器。
发送器302包括生成信号的任何合适的结构，用于一个或多个UE 120或其它设备的无线传输。发送器302的功能类似于图2所示的发送器202的功能，因此在此不讨论。接收器304包括用于处理从一个或多个UE 120或其它设备无线接收到的信号的任何合适的结构。接收器304的功能类似于图2所示的接收器204的功能，因此在此不讨论。虽然示出为单独的块或组件，但是发送器302和接收器304可以组合成收发器。天线310包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。尽管图3示出了耦合到发送器302和接收器304的公共天线310，但根据不同的设计需要，可以采用更多的天线310。存储器306可以实现为任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。
图4示出了根据本发明的各种实施例的无线通信设备的方框图。无线通信设备400包括收发器150。收发器150包括发送器和接收器。收发器150支持双向通信。在一些实施例中，在图2所示的UE中可以使用接收器150。可替代地，在图3所示的基站中也可以使用接收器150。此外，接收器150可用于任何合适的射频系统。
应当注意，图4中所示的具有一个发送器和一个接收器的无线通信设备仅仅是一个示例。根据不同的应用和设计需要，无线通信设备400可以包括用于任何数量的通信系统和频率范围的任何数量的发送器和任何数量的接收器。
收发器150耦合在天线102和处理器101之间。虽然图4示出了单个天线，但天线102可以包括两个天线，即主天线和备天线。主天线用于从移动设备向基站发送传出无线信号或者从基站接收传入无线信号。备天线作为辅助天线，可能无法将高性能传出信号从移动设备发送到基站。备天线的主要功能是接收分集无线信号。具有两个天线的移动设备在本领域是众所周知的，因此这里不再进一步详细讨论以避免重复。
处理器101可以是任何合适的基带处理器，例如数字信号处理器(digital signalprocessor，DSP)芯片等。处理器101用于管理射频功能并提供用于无线通信的控制软件。处理器101还可以耦合到其它移动设备功能单元，例如应用处理器等。此外，处理器101可以包括多个处理器、集成电路设备、数字逻辑或其组合。
收发器150可以包括数模转换器(digital-to-analog converter，DAC)128、TX放大器126、TX滤波器125、TX混频器(上变频器)124、功率放大器(power amplifier，PA)122、双工器104、低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)112、RX混频器(下变频器)114、RX滤波器115、RX放大器116和模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)118。DAC 128可以是能够将数字基带信号转换为相应模拟基带信号的任何组件。TX混频器124可以是能够将模拟基带信号上变频为RF信号的任何组件。PA 122可以是能够放大或增加正在进行的RF信号增益的任何组件。双工器可以是能够将一个载波频率与另一个载波频率隔离的任何组件。LNA 112可以是能够放大或增加输入RF信号增益的任何组件。在一些实施例中，LNA 112能够最小化在放大期间增加的噪声量。RX混频器114可以是能够将高频信号(例如RF信号或中频信号)下变频为低频信号(例如模拟基带信号)的任何组件。ADC118可以是能够将模拟基带信号转换为数字基带信号的任何组件。
收发器150包括发送路径和接收路径。发送路径是从处理器101到天线102。发送路径由DAC 128、TX放大器126、TX滤波器125、TX混频器124和PA122形成。接收路径是从天线102到处理器101。接收路径由LNA 112、RX混频器114、RX滤波器115、RX放大器116和ADC 118形成。这些路径中的每一个路径都可以包括用于调整传出或传入信号的附加组件。
在发送路径中，处理器101处理待发送的数据。经处理的数据会馈送到DAC 128中，由处理器101产生的数字信号会转换为模拟输出或输出信号。模拟输出信号由TX放大器126放大。在一个实施例中，放大器包括高通可变增益放大器，其设置可由处理器101控制。经放大的模拟信号由TX滤波器125进行滤波。TX滤波器125是低通滤波器，用于衰减无用的噪声信号(例如，由数模转换引起的图像)。经滤波的模拟信号由TX混频器124转换为RF信号。RF信号馈送到PA 122。PA122的输出信号通过双工器104路由并通过天线102发送。
在接收路径中，天线102从合适的RF信号源(例如，与天线102相邻的基站或另一无线通信设备，例如点对点通信中的用户设备)接收RF信号。接收到的RF信号通过双工器104路由。接收到的RF信号馈送到LNA 112中后会被放大。放大的RF信号由RX混频器114转换为基带模拟信号。基带模拟信号由RX滤波器115滤波以去除高频分量(例如高频噪声)，并由RX放大器116放大。RX放大器116的输出信号由ADC 118转换为基带数字信号。ADC 118的输出信号会提供给处理器101。
应当注意，图4示出了滤波器(例如，TX滤波器125和RX滤波器115)的简化方框图。该滤波器可以实现为包括p型晶体管(例如，图5中所示的滤波器500)的单晶体管滤波器、包括n型晶体管(例如，图6中所示的滤波器600)的单晶体管滤波器、单晶体管滤波器(例如，图7中所示的滤波器700)的差分实现、单晶体管滤波器(例如，图8中所示的滤波器800)的电压输入实现、单晶体管滤波器(例如，图9中所示的滤波器900)的增益提升实现、具有极点调整电路的单晶体管滤波器(例如，图10至图12所示的滤波器)和具有增益调整电路的单晶体管滤波器(例如，图13所示的滤波器1300)。还应注意的是，下文关于图5至图13所描述的滤波器不仅用于发送路径(例如，TX滤波器125)，还用于接收路径(例如，RX滤波器115)。
图5示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第一种实现方式的示意图。滤波器500是单晶体管滤波器。如图5所示，滤波器500包括MOSFET晶体管M1、第一电容C1、第二电容C2、电阻Rs和负载电阻RL。在整个描述中，MOFET晶体管M1也可以称为晶体管M1。如图5所示，晶体管M1用于在第一漏极/源极端子处接收基带信号IIN，并在晶体管M1的第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带信号VO。
在一些实施例中，晶体管M1实现为如图5所示的p型晶体管。所述第一漏极/源极端子为所述p型晶体管的源极端子。所述第二漏极/源极端子为所述p型晶体管的漏极端子。p型晶体管的栅极连接到偏置电压VB。偏置电压VB是预定义的。在一些实施例中，偏置电压VB等于0.4V。需要注意的是，偏置电压VB的值仅仅是一个示例，不应不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、替代方案和修改。例如，根据不同的应用和设计需要，偏置电压VB可以相应地进一步降低。
如图5所示，基带信号IIN通过电流源馈送到滤波器500中。电流源的所有DC部分流经晶体管M1并到达滤波器500的输出端。电流源的直流部分在滤波器500的输出端再循环。对电流源的DC部分进行再循环的结果是使滤波器500的效率得到了提高。
如图5所示，第一电容C1连接到晶体管M1的第一漏极/源极端子。第二电容C2连接到晶体管M1的第二漏极/源极端子。电阻Rs、第一电容C1和第二电容C2形成π形反馈电路。该π形反馈电路为滤波器500提供反馈环路。
滤波器500是二阶滤波器，因为滤波器500具有两个极点。更具体地，在第一电容C1和晶体管M1的公共节点处将基带信号IIN馈送到滤波器500之后，基带信号IIN的一部分流经第一电容C1，形成π形反馈电路的第一极点。换句话说，第一电容C1用于提供滤波器500的第一极点。在基带信号IIN流经晶体管M1后，基带信号IIN的一部分流经第二电容C2，形成π形反馈电路的第二极点。换句话说，第二电容C2用于提供滤波器500的第二极点。如图5所示，电阻Rs连接在晶体管M1的第一漏极/源极端子和第二漏极/源极端子之间。电阻Rs用于调节滤波器500的滤波特性。例如，电阻Rs可以用于微调第一极点和第二极点的值。
在一些实施例中，第一电容C1的电容值在约0.5pF至约10pF的范围内。第二电容C2的电容值在约0.5pF至约10pF的范围内。电阻Rs的电阻值等于5Kohm。负载电阻RL的电阻值等于1Kohm。
应当注意，上面使用的值纯粹是出于演示目的而选择的，并不旨在将本发明的各种实施例限制于任何特定的组件值。
在一些实施例中，滤波器500的传递函数可以用以下公式表示：
在等式(1)中，gm是晶体管M1的跨导。
滤波器增益K可以用以下公式表示：
K＝RL (2)
等式(2)表示滤波器500的增益可以通过改变负载电阻RL的值来调节。在一些实施例中，负载电阻可以实现为可调电阻(例如，并联连接的多个电阻开关网络)。通过配置此可调电阻，滤波器的增益可以相应调整。下面将参照图13描述此可调电阻的详细实现。
滤波器500的极点频率可以用以下公式表示：
滤波器500的品质因数可以用以下等式表示：
图6示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第二种实现方式的示意图。图6中所示的滤波器600与图5中所示的滤波器500类似，只是晶体管M1实现为n型晶体管。如图6所示，负载电阻RL连接在晶体管M1的漏极端子和电源电压总线VDD之间。基带信号IIN通过电流源馈送到晶体管M1。电流源连接在晶体管M1的源极端子和地之间。经滤波的基带信号VO在晶体管M1的漏极端子处生成。图6所示的滤波器600的工作原理与图5所示的滤波器500的工作原理类似，因此在此不再讨论。
图7示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第三种实现方式的示意图。图7中所示的滤波器700是图5中所示的滤波器500的差分实现。如图7所示，差分滤波器用于接收两个差分输入信号IINP和IINN，并产生两个差分输出信号VOP和VON。差分滤波器包括第二晶体管M2。第二晶体管M2的结构和工作原理与第一晶体管M1类似。
如图7所示，第二晶体管M2用于在第二晶体管M2的第一漏极/源极端子处接收输入信号IINN(基带信号)，并在第二晶体管M2的第二漏极/源极端子出生成滤波信号。第一电容C1连接在第一晶体管M1的第一漏极/源极端子和第二晶体管M2的第一漏极/源极端子之间。第二电容C2连接在第一晶体管M1的第二漏极/源极端子和第二晶体管M2的第二漏极/源极端子之间。在滤波器的差分实现中，第一电容C1和第二电容C2充当两个差分电容。差分滤波器的工作原理是众所周知的，因此在此不再讨论。
图8示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第四种实现方式的示意图。图8中所示的滤波器800与图5中所示的滤波器500类似，只是基带信号通过输入电阻RIN馈送到晶体管M1中。偏置电流耦合在电源电压总线VDD和晶体管M1的第一漏极/源极端子之间。在一些实施例中，偏置电流约为100μA。图8所示的滤波器800的工作原理与图5所示的滤波器500的工作原理类似，因此在此不再讨论。
图9示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第五种实现方式的示意图。图9中所示的滤波器900类似于图5中所示的滤波器500，除了滤波器900具有调节共源共栅输入端之外。如图9所示，偏置电压VB通过放大器902施加到晶体管M1的栅极。放大器902具有用于接收偏置电压VB的同相输入端和连接到晶体管M1的第一漏极/源极端子的反相输入端。放大器902的输出端连接到晶体管M1的栅极。调节共源共栅输入用作增益提升电路。增益提升电路有助于增加晶体管M1的小信号跨导。图9所示的滤波器900的工作原理与图5所示的滤波器500的工作原理类似，因此在此不再讨论。
图10示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第六种实现方式的示意图。图10所示的滤波器1000与图5所示的滤波器500类似，不同之处在于具有多个开关电容网络(例如，由C11和S11形成的第一开关电容网络，以及由C1n和S1n形成的第n开关电容网络)与第一电容C1并联连接。多个开关电容网络可以使得滤波器1000的第一极点是动态可调的。
图11示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第七种实现方式的示意图。图11所示的滤波器1100与图5所示的滤波器500类似，不同之处在于具有多个开关电容网络(例如，由C21和S21形成的第一开关电容网络，以及由C2n和S2n形成的第n开关电容网络)与第二电容C2并联连接。多个开关电容网络可以使得滤波器1100的第二极点是动态可调的。
图12示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第八种实现方式的示意图。图12所示的滤波器1200与图5所示的滤波器500类似，不同之处在于具有多个开关电容网络(例如，由C11和S11形成的第一开关电容网络，以及由C1n和S1n形成的第n开关电容网络)与第一电容C1并联连接，以及多个开关电容网络(例如，由C21和S21形成的第一开关电容网络，以及由C2n和S2n形成的第n开关电容网络)与第二电容C2并联连接。多个开关电容网络可以使得滤波器1200的第一极点和第二极点都是动态可调的。
图13示出了根据本发明的各种实施例的如图4所示的滤波器的第九种实现方式的示意图。图10中所示的滤波器1300与图5中所示的滤波器500类似，不同之处在于具有多个电阻开关网络(例如，由RL1和S1形成的第一电阻开关网络，以及由RLn和Sn形成的第n电阻开关网络)与负载电阻RL并联连接。多个电阻开关网络可以使得滤波器1300的增益是动态可调的。
需要说明的是，图13所示的实施例可以与图10至图12所示的实施例结合。因此，滤波器的增益和极点都是动态可调的。
图14示出了根据本发明的各种实施例的用于在射频系统中使用单晶体管滤波器对基带模拟信号进行滤波的方法的流程图。图14中所示的流程图仅仅是示例，该示例不应不适当地限制权利要求书的范围。本领域的普通技术人员将认识到许多变化、替代方案和修改。例如，图14中所示的各种步骤可以添加、删除、替换、重新排列和重复。
射频系统包括发送器和/或接收器。在射频系统中，多个滤波器用于衰减射频系统中的噪声。TX滤波器用于衰减基带模拟信号中无用的噪声(例如，数模转换引起的图像)。以下步骤用于对基带模拟信号进行滤波。
在步骤1402，DAC生成基带模拟信号。具体来说，处理器生成基带数字信号，并将该信号馈送到DAC。DAC将基带数字信号转换为基带模拟信号。
在步骤1404，基带模拟信号在包括单晶体管的滤波器中进行滤波。滤波器包括两个极点。第一极点由耦合到单晶体管的第一漏极/源极端子的第一电容形成。第二极点由耦合到单晶体管的第二漏极/源极端子的第二电容形成。
尽管已详细描述了本发明的实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变、替代和更改。
此外，本申请的范围并不限定于说明书中所述的过程、机器、制造品、物质成分、模块、方法和步骤的具体实施例。本领域普通技术人员将从本发明的公开内容中容易了解到，可以根据本发明使用执行或实现与本文描述的对应实施例大致相同的功能或结果的过程、机器、制造品、物质成分、设备、方法或步骤(包括目前现有的或以后开发的)。因此，所附权利要求书旨在于其范围内包括这些过程、机器、制造品、物质组成、模块、方法或步骤。因此，说明书和附图仅被视为所附权利要求书限定的对本发明的说明，并且预期覆盖落入本发明的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。

Claims (20)

1.一种装置，其特征在于，所述装置包括：
第一晶体管，用于在所述第一晶体管的第一漏极/源极端子处接收基带信号，并在所述第一晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带信号；
第一电容，连接到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子，其中，所述第一电容用于提供所述装置的第一极点；
第二电容，连接到所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子，其中，所述第二电容用于提供所述装置的第二极点。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
电阻，连接在所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二漏极/源极端子之间，其中，所述电阻用于调整所述装置的滤波特性；
负载电阻，连接到所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于：
所述第一晶体管为p型晶体管；
所述第一漏极/源极端子为所述p型晶体管的源极端子；
所述第二漏极/源极端子为所述p型晶体管的漏极端子。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的装置，其特征在于：
所述第一晶体管为n型晶体管；
所述第一漏极/源极端子为所述n型晶体管的源极端子；
所述第二漏极/源极端子为所述n型晶体管的漏极端子。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：
所述装置用于使得所述基带信号通过电流源馈送到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：
所述装置用于使得所述基带信号通过输入电阻馈送到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于：
所述装置用于通过放大器向所述第一晶体管施加偏置电压，其中：
所述放大器的输出端连接到所述第一晶体管的栅极；
所述放大器的反相输入端连接到所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子；
所述放大器的同相输入端用于接收所述基带信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二晶体管，用于在所述第二晶体管的第一漏极/源极端子处接收第二基带信号，并在所述第二晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的第二基带信号，其中：
所述第一电容连接在所述第一晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二晶体管的所述第一漏极/源极端子之间；
所述第二电容连接在所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子和所述第二晶体管的所述第二漏极/源极端子之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
与所述第一电容和所述第二电容中的至少一个并联连接的多个开关电容网络，其中，所述多个开关电容网络用于使得所述第一极点和所述第二极点中的至少一个是动态可调的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
负载电阻，连接在所述第一晶体管的所述第二漏极/源极端子与地之间；
与所述负载电阻并联连接的多个电阻开关网络，其中，所述多个电阻开关网络用于使得所述装置的增益是动态可调的。
11.一种射频(radio frequency，RF)系统中的信号滤波方法，其特征在于，所述方法包括：
生成基带模拟信号；
在包括单晶体管的滤波器中对所述基带模拟信号进行滤波，其中，所述滤波器包括第一极点和第二极点，所述第一极点由耦合到所述单晶体管的第一漏极/源极端子的第一电容形成，所述第二极点和由耦合到所述单晶体管的第二漏极/源极端子的第二电容形成。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述滤波器包括：
所述单晶体管，具有连接到所述第一电容的第一漏极/源极端子、连接到所述第二电容的第二漏极/源极端子和连接到偏置电压的栅极；
电阻，连接在所述单晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二漏极/源极端子之间；
负载电阻，连接在所述第二漏极/源极端子和地之间。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
配置所述单晶体管以在所述单晶体管的所述第一漏极/源极端子处接收所述基带模拟信号，并在所述单晶体管的所述第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带模拟信号。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
与所述第一电容和所述第二电容中的至少一个并联连接的多个开关电容网络。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
配置所述多个开关电容网络以动态调整所述第一极点和所述第二极点中的至少一个。
16.一种射频(radio frequency，RF)系统，其特征在于，所述射频系统包括：
处理器，用于生成待传输的基带数字信号；
数模转换器，用于接收所述基带数字信号并将所述基带数字信号转换为基带模拟信号；
耦合到所述数模转换器输出端的单晶体管滤波器，其中，所述单晶体管滤波器用于在晶体管的第一漏极/源极端子处接收所述基带模拟信号，并在所述晶体管的第二漏极/源极端子处生成经滤波的基带模拟信号。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述单晶体管滤波器包括：
所述晶体管，具有连接到第一电容的所述第一漏极/源极端子、连接到第二电容的所述第二漏极/源极端子和连接到偏置电压的栅极；
电阻，连接在所述晶体管的所述第一漏极/源极端子和所述第二漏极/源极端子之间；
负载电阻，连接在所述第二漏极/源极端子和地之间。
18.根据权利要求16和17中任一项所述的系统，其特征在于：
所述晶体管为p型晶体管；
所述第一漏极/源极端子为所述p型晶体管的源极端子；
所述第二漏极/源极端子为所述p型晶体管的漏极端子。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的系统，其特征在于，所述单晶体管滤波器是具有两个极点的二阶滤波器，其中：
所述第一电容用于提供所述单晶体管滤波器的第一极点；
所述第二电容用于提供所述单晶体管滤波器的第二极点。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
与所述第一电容和所述第二电容中的至少一个并联连接的多个开关电容网络，其中，所述多个开关电容网络用于动态调整所述第一极点和所述第二极点中的至少一个。
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US8027657B2 (en) * 2001-10-26 2011-09-27 Texas Instruments Incorporated Sampling mixer with asynchronous clock and signal domains
US9160309B2 (en) * 2013-12-11 2015-10-13 Qualcomm Incorporated Area efficient baseband filter
CN106026976B (zh) * 2015-03-26 2020-09-18 松下电器产业株式会社 开关控制电路

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