CN117579035B - 一种带宽可调的片内二阶带通滤波器 - Google Patents
一种带宽可调的片内二阶带通滤波器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117579035B CN117579035B CN202410056508.7A CN202410056508A CN117579035B CN 117579035 B CN117579035 B CN 117579035B CN 202410056508 A CN202410056508 A CN 202410056508A CN 117579035 B CN117579035 B CN 117579035B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- switch
- mos tube
- channel
- switch mos
- order
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 18
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 11
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种带宽可调的片内二阶带通滤波器，涉及片内集成半导体技术，针对现有技术中无法调节带宽等问题提出本方案。通过将一阶N通道滤波结构镜像设置后得到N通道的二阶滤波模块，所述二阶滤波模块每个通道分别由一一对应的偏置开关信号控制，所述偏置开关信号由N相不交叠的开关信号分别叠加可调的偏置电压得到。优点在于，实现片内集成、带宽可调和带外高抑制。
Description
技术领域
本发明涉及片内集成半导体技术，尤其涉及一种带宽可调的片内二阶带通滤波器。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，各种通信系统越来越多，导致了频段紧缺拥堵的问题，这也对多模多频无线接收机的性能提出了更高的要求，即需要更小的尺寸，更低的功耗，更低的价格以及更高的抗干扰性。
目前在传统接收机中，往往使用声表面波(surface acoustic wave，SAW)滤波器进行频段选择，SAW滤波器高Q值的特性使得其频率选择性能非常优秀，但是SAW滤波器也存在很多缺点。SAW滤波器具有固定滤波的特性，中心频率不可调谐，对于多模多频段接收机，就需要用到多个SAW滤波器，导致系统体积增大、成本提高；其次SAW滤波器不可集成于芯片中，使得小型化难度极大，与目前接收机全集成化的发展趋势相悖。目前市场上的主流工艺是CMOS工艺，所以如何在片内实现高性能的带通滤波器，继而实现接收机与带通滤波器的片内集成是亟待解决的关键问题。
为了实现带通滤波器的片内集成，N通道滤波器技术开始广泛应用于研究和设计，它具有可以片内集成和高线性度的特性，易于实现频率调谐来实现对不同频段信号的接收。常规的N通道滤波器结构如图1所示，以及其等效电路如图3所示。开关信号常见采用四相不交叠的0/1信号进行控制，N=4时的时序如图2所示。当然，N为≥1的整数都是本领域技术人员公知的技术常识，只是N=4更为常见。通过输入2倍工作频率2*fLo进入四相不交叠信号发生器，最终输出频率为fLo、周期为TLO的四相不交叠信号S1、S2、S3、S4。开关MOS管等效为电阻Rsw和随开关信号S1-S4变化的开关。因此电阻Rsw和电容CBB可以组成简单的一阶低通传输函数，如式子(1)所示。
（1）
四相不交叠时钟信号的时域表达式如式子(2)、(3)所示。
(2)
(3)
为获得N通道滤波器的传输函数，将时钟信号由傅利叶级数展开。
（4）
其中，（5）
传统一阶N通道滤波器的最终传输函数如式子(6)所示，其中/>为式(1)。
（6）
可以看到，传统一阶N通道滤波器将低通滤波器搬移到了中心频率，实现了中心频率为/>的带通滤波器。但是传统N通道滤波器在极点之后以20dB/dec衰减，对带外的干扰信号抑制能力欠佳。虽然传统的N通道滤波器能够实现一定的抗干扰性能，但不足以应对愈加严峻的信号阻塞问题，且无法调节带宽。
发明内容
本发明目的在于提供一种带宽可调的片内二阶带通滤波器，以解决上述现有技术存在的问题。
本发明中所述一种带宽可调的片内二阶带通滤波器，通过将一阶N通道滤波结构镜像设置后得到N通道的二阶滤波模块，所述二阶滤波模块每个通道分别由一一对应的偏置开关信号控制，所述偏置开关信号由N相不交叠的开关信号分别叠加可调的偏置电压得到。
设置N个与N相不交叠的开关信号一一对应的RC单元；偏置电压分别通过RC单元叠加直流偏置到每一相开关信号中，得到对应的偏置开关信号。
所述RC单元包括第一电容和第一电阻；所述第一电容上极板连接对应的开关信号，下极板连接第一电阻以及作为偏置开关信号的输出端，第一电阻另一端连接偏置电压。
所述二阶滤波模块包括N个结构相同且并联设置的通道；每一通道分别包括四个开关MOS管和三个电容，任一通道内每个开关MOS管的栅极均连接对应的偏置开关信号；
在任一通道中：第一开关MOS管的源极作为信号输入端，第一开关MOS管的漏极连接第二开关MOS管的源极，第二开关MOS管的漏极连接第三开关MOS管的漏极，第三开关MOS管的源极连接第四开关MOS管的漏极，第四开关MOS管的源极作为信号输出端；相邻的开关MOS管之间的连接点均通过一电容接地，各电容的容值均相等。
通道数量N=4。
本发明中所述一种带宽可调的片内二阶带通滤波器，其优点在于，实现片内集成、带宽可调和带外高抑制。
附图说明
图1是现有技术中一阶N通道的带通滤波器结构示意图。
图2是图1所示结构下，通道数量N=4时的开关时序示意图。
图3是图1所示结构的等效电路图。
图4是本发明中所述片内二阶带通滤波器结构示意图。
图5是本发明中所述RC单元的结构示意图。
图6是本发明中所述二阶滤波模块的结构示意图。
图7是图4所示结构的等效电路图。
图8是本发明中所述可调电压偏置模块的结构示意图。
图9是本发明中所述N相不交叠信号发生器在通道数量N=4时的结构示意图。
图10是本发明中所述片内二阶带通滤波器与对比例的增益仿真曲线图。
图11是本发明中所述片内二阶带通滤波器在不同直流偏置下的带宽仿真曲线图。
图12是本发明中所述片内二阶带通滤波器在不同中心频率下的工作频率范围仿真曲线图。
具体实施方式
本发明中所述一种带宽可调的片内二阶带通滤波器通过将一阶N通道滤波结构镜像设置后得到N通道的二阶滤波模块，所述二阶滤波模块每个通道分别由一一对应的偏置开关信号控制，所述偏置开关信号由N相不交叠的开关信号分别叠加可调的偏置电压得到。
具体结构及等效电路如图4至图7所示，设置N个与N相不交叠的开关信号一一对应的RC单元；偏置电压分别通过RC单元叠加直流偏置到每一相开关信号中，得到对应的偏置开关信号。
所述RC单元包括第一电容C1和第一电阻R1；所述第一电容C1上极板连接对应的开关信号，下极板连接第一电阻R1以及作为偏置开关信号的输出端，第一电阻R1另一端连接偏置电压。
所述二阶滤波模块包括N个结构相同且并联设置的通道；每一通道分别包括四个开关MOS管和三个电容，任一通道内每个开关MOS管的栅极均连接对应的偏置开关信号；
在任一通道中：第一开关MOS管M1的源极作为信号输入端，第一开关MOS管M1的漏极连接第二开关MOS管M2的源极，第二开关MOS管M2的漏极连接第三开关MOS管M3的漏极，第三开关MOS管M3的源极连接第四开关MOS管M4的漏极，第四开关MOS管M4的源极作为信号输出端；相邻的开关MOS管之间的连接点均通过一电容接地，各电容的容值均为CBB，各开关MOS管的结构参数相同，等效电阻均为Rsw。
优选地，通道数量N=4。
所述可调电压偏置模块的结构为本领域技术人员公知的电流镜结构，如图8所示，通过m位控制字CTRL<0:m>选通对应的镜像电流实现不同输出的偏置电压。如输出端电流I0=10uA，I1=20uA，I2=40uA等，实现输出端电流0-70uA或更宽，10uA步进控制。若输出端的负载电阻取值10KΩ，结合电流步进控制，可以实现输出偏置电压VBIAS的范围为0-700mV，100mV步进。
所述N相不交叠信号发生器同样采用本领域技术人员公知的基于主从触发器逻辑电路结构，如图9所示。在本实施例中，选取优选的四通道作为具体例子，产生的开关信号具体为S1至S4。由两个无尾电流的锁存器单元按主从连接方式构成，并由一组互补的时钟信号CLKP和CLKN触发，CLKP的频率为2倍带通滤波器中心频率(2*f LO)。当时钟信号CLKP为高电平，而CLKN为低电平时主锁存器的输出S1和S3置零；同时，从锁存器采样主锁存器前一周期的状态并输出。当时钟信号CLKP为低电平，而CLKN端为高电平时，主、从锁存器交换工作模式，实现了四相不交叠信号S1-S4的输出。对于N个开关信号的不交叠输出，本领域技术人员可以根据公知常识作出常规变化得到。
本发明中所述一种带宽可调的片内二阶带通滤波器的效果对比，对比例为图1所示的传统结构，选用四通道，使用相同的开关信号S1-S4时序。选择设置中心频率为1GHz，对比例和本实施例滤波器的增益仿真结果对比如图10所示。可见本实施例的滤波器对带外信号的抑制效果远优于对比例，具体对比数据如下表所示。
对比例在0.8GHz和1.2GHz处的增益抑制分别为27.77dB和22.31dB，而本实施例在0.8GHz和1.2GHz处的增益抑制分别为37.77dB和33.3dB，增益抑制分别提升了10dB和10.99dB，实现了优秀的带外抑制性能。
| 1GHz处增益(dB) | 0.8GHz处增益抑制(dB) | 1.2GHz处增益抑制(dB) | |
| 对比例 | -7.8 | 27.77 | 22.31 |
| 实施例 | -9.34 | 37.77 | 33.3 |
在上述中心频率附近，本实施例带宽范围仿真结果如图11所示， 带宽随着可调电压偏置模块的输出改变而改变，可以实现11—15MHz范围内的带宽调节。频率范围仿真结果如图12所示，可以实现中心频率在0.5至3.5GHz范围内的片内二阶带通滤波效果。
综述，本发明提出了两个核心点：（1）将每个通道的开关MOS管和电容整倍扩展，得到提高带外抑制能力的效果，从而有效提高带通滤波器的抗干扰能力。以二阶N通道滤波器实现片内二阶带通滤波器，在抑制带外阻塞信号的同时，不额外产生静态功耗。（2）将原1/0开关信号调整为具有交流变化幅度的直流偏置，得到带宽可调的效果。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种带宽可调的片内二阶带通滤波器，其特征在于，通过将一阶N通道滤波结构镜像设置后得到N通道的二阶滤波模块，所述二阶滤波模块每个通道分别由一一对应的偏置开关信号控制，所述偏置开关信号由N相不交叠的开关信号分别叠加可调的偏置电压得到；
设置N个与N相不交叠的开关信号一一对应的RC单元；偏置电压分别通过RC单元叠加直流偏置到每一相开关信号中，得到对应的偏置开关信号；
所述RC单元包括第一电容（C1）和第一电阻（R1）；所述第一电容（C1）上极板连接对应的开关信号，下极板连接第一电阻（R1）以及作为偏置开关信号的输出端，第一电阻（R1）另一端连接偏置电压；
所述二阶滤波模块包括N个结构相同且并联设置的通道；每一通道分别包括四个开关MOS管和三个电容，任一通道内每个开关MOS管的栅极均连接对应的偏置开关信号；
在任一通道中：第一开关MOS管（M1）的源极作为信号输入端，第一开关MOS管（M1）的漏极连接第二开关MOS管（M2）的源极，第二开关MOS管（M2）的漏极连接第三开关MOS管（M3）的漏极，第三开关MOS管（M3）的源极连接第四开关MOS管（M4）的漏极，第四开关MOS管（M4）的源极作为信号输出端；相邻的开关MOS管之间的连接点均通过一电容接地，各电容的容值均相等。
2.根据权利要求1所述一种带宽可调的片内二阶带通滤波器，其特征在于，通道数量N=4。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410056508.7A CN117579035B (zh) | 2024-01-16 | 2024-01-16 | 一种带宽可调的片内二阶带通滤波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410056508.7A CN117579035B (zh) | 2024-01-16 | 2024-01-16 | 一种带宽可调的片内二阶带通滤波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117579035A CN117579035A (zh) | 2024-02-20 |
| CN117579035B true CN117579035B (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=89886601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410056508.7A Active CN117579035B (zh) | 2024-01-16 | 2024-01-16 | 一种带宽可调的片内二阶带通滤波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117579035B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101224232B1 (ko) * | 2012-06-21 | 2013-01-21 | 한태환 | 가변 대역 통과 필터 |
| CN203423661U (zh) * | 2013-07-16 | 2014-02-05 | 陕西北斗恒通信息科技有限公司 | 一种带宽可调的无源多相滤波器电路 |
| CN103636125A (zh) * | 2012-06-21 | 2014-03-12 | 华为技术有限公司 | 离散时间滤波器 |
| CN216599567U (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种N-path带通滤波器 |
-
2024
- 2024-01-16 CN CN202410056508.7A patent/CN117579035B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101224232B1 (ko) * | 2012-06-21 | 2013-01-21 | 한태환 | 가변 대역 통과 필터 |
| CN103636125A (zh) * | 2012-06-21 | 2014-03-12 | 华为技术有限公司 | 离散时间滤波器 |
| CN203423661U (zh) * | 2013-07-16 | 2014-02-05 | 陕西北斗恒通信息科技有限公司 | 一种带宽可调的无源多相滤波器电路 |
| CN216599567U (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-24 | 中国科学院微电子研究所 | 一种N-path带通滤波器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Design of Dual-channel Anti-interference Multi-mode Navigation RF Receiver;Zhijian Chen等;《 2019 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)》;20200316;第1-3页 * |
| 应用于高精度定位定向的可重构GNSS射频接收机;李斌等;《华南理工大学（自然科学版）学报》;20230831;第51卷(第8期);第89-97页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117579035A (zh) | 2024-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111756348B (zh) | 一种跨导电容可配置N-path带通滤波器 | |
| Karami et al. | An N-path filter design methodology with harmonic rejection, power reduction, foldback elimination, and spectrum shaping | |
| CN117579035B (zh) | 一种带宽可调的片内二阶带通滤波器 | |
| CN114614843A (zh) | 一种用于零中频接收机的dcoc电路 | |
| US8319551B2 (en) | Method and system for improving limiting amplifier phase noise for low slew-rate input signals | |
| CN216599567U (zh) | 一种N-path带通滤波器 | |
| Li et al. | Third-order active-RC complex filter with automatic frequency tuning for ZigBee transceiver applications | |
| CN115833787A (zh) | 一种抑制频率可调的cmos有源多相滤波器 | |
| EP2773041B1 (en) | A two stage source-follower based filter | |
| CN114124029A (zh) | 一种极零点跟踪的二阶可调lc陷波滤波器 | |
| CN113381726A (zh) | 一种可重构带通滤波器 | |
| Casper et al. | An integrable 60-Hz notch filter | |
| CN108540106B (zh) | 一种电流模射频带通滤波器 | |
| Bautista et al. | Quadrature broadband phase shift generation using passive RC polyphase filter for RF front-end | |
| Elmi et al. | N× M-path filters: analysis and implementation | |
| CN116996081B (zh) | 带内干扰抑制唤醒接收机射频电路 | |
| CN116996080B (zh) | 唤醒接收机射频电路 | |
| Baumgratz et al. | A new feedback strategy to boost Q-factor of charge-sharing bandpass filters | |
| Wu et al. | A high-speed TIA based programmable broadband complex filter | |
| CN210327505U (zh) | 一种短波高性能混频器 | |
| CN116996026B (zh) | 滤波自混频器 | |
| Gao et al. | Design of the Reconfigurable N-path Filter | |
| Bikki et al. | Design of low power gm-C complex filter using OTA cells and ADC | |
| Minnis et al. | A low-IF, polyphase receiver for DECT [in BiCMOS] | |
| Song et al. | Research and Analysis of Tunable Differential N-Path Band-Pass Filter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |