CN202737827U

CN202737827U - 自适应带阻滤波器

Info

Publication number: CN202737827U
Application number: CN 201220399716
Authority: CN
Inventors: 曹晶; 黄立朝; 陈继辉; 张勤; 刘冰; 程学农
Original assignee: Wuxi China Resources Semico Co Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-08-13

Abstract

本实用新型涉及一种自适应带阻滤波器，属于滤波器电路结构技术领域。该自适应带阻滤波器包括频率电压转换模块、跟随放大电路模块、受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块；本振信号顺序连接电压转换模块和跟随放大电路模块，产生控制电压输入受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块；滤波信号顺序连接受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块。采用该结构的受控带阻滤波电路模块能够根据跟随放大电路模块输出的动态控制电压对输入信号进行动态滤波，并利用增益补偿电路模块根据跟随放大电路模块输出的动态控制电压对补偿带阻滤波器对信号的损耗，从而有效滤除电路中随电路工作状态改变的内部振荡频率，保证电路输出信号不受串扰信号的干扰。

Description

自适应带阻滤波器

技术领域

本实用新型涉及电路结构技术领域，特别涉及滤波器电路结构技术领域，具体是指一种自适应带阻滤波器。

背景技术

在集成电路设计过程中，往往会遇到电路输出信号中包含了一个不需要的信号频谱这类问题，现有技术中一般采用一个单点频带阻滤波器将其滤除来解决。

然而，在电路输出信号中出现的干扰频率为内部振荡信号，而且该振荡信号会随电路的工作状态发生改变的情况下，显然采用现有技术中的单点频带阻滤波器无法滤除该振荡信号。

因此，在现有技术中亟需戏中又能有效滤除内部振荡信号的滤波器，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效滤除电路中随电路工作状态改变的内部振荡频率，保证电路输出信号不受串扰信号的干扰，且结构简单，成本低廉，应用范围较为广泛的自适应带阻滤波器。

为了实现上述的目的，本实用新型的自适应带阻滤波器具有如下构成：

该自适应带阻滤波器包括频率电压转换模块、跟随放大电路模块、受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块；所述的电压转换模块的输入端连接本振信号，该电压转换模块的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端；所述的跟随放大电路模块的输出端分别连接所述的受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块的输入端；所述的受控带阻滤波电路模块的输入端还连接滤波信号；该受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的增益补偿电路模块；所述的增益补偿电路模块为该自适应带阻滤波器的信号输出端。

该自适应带阻滤波器中，所述的频率电压转换模块包括相移网络电路、乘法器和低通滤波电路，所述的本振信号分别连接所述的相移网络电路和乘法器的输入端，所述的相移网络电路的输出端也连接所述的乘法器的输入端；该乘法器的输出端连接所述的低通滤波电路的输入端；该低通滤波电路的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端。

该自适应带阻滤波器中，所述的受控带阻滤波电路模块包括第一N型MOS晶体管、第二N型MOS晶体管、第一电容和第二电容；所述的第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管串联；所述的第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管的栅极均连接所述的跟随放大电路模块的输出端，所述的第一电容和第二电容串联并与第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管并联；该串联的第一电容和第二电容的一端连接所述的滤波信号；该串联的第一电容和第二电容的另一端连接所述的增益补偿电路模块。

该自适应带阻滤波器中，所述的第一N型MOS晶体管和所述的第二N型MOS晶体管的沟道宽长比不同。

该自适应带阻滤波器中，所述的增益补偿电路模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三N型MOS晶体管，所述的受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的运算放大器的同相输入端；所述的运算放大器的反相输入端通过所述的第一电阻接地；所述的运算放大器的输出端通过所述的第三N型MOS晶体管连接该运算放大器的反相输入端；该第三N型MOS晶体管的栅极连接所述的跟随放大电路模块的输出端；所述的运算放大器的输出端还通过所述的第二电阻连接于所述的第一电容和第二电容之间；该运算放大器的输出端为该自适应带阻滤波器的信号输出端。

采用了该实用新型的自适应带阻滤波器，由于其包括频率电压转换模块、跟随放大电路模块、受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块；所述的电压转换模块的输入端连接本振信号，该电压转换模块的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端；所述的跟随放大电路模块的输出端分别连接所述的受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块的输入端；所述的受控带阻滤波电路模块的输入端还连接滤波信号；该受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的增益补偿电路模块；所述的增益补偿电路模块为该自适应带阻滤波器的信号输出端。采用该结构的受控带阻滤波电路模块能够根据跟随放大电路模块输出的动态控制电压对输入信号进行动态滤波，并利用增益补偿电路模块同样根据跟随放大电路模块输出的动态控制电压对补偿带阻滤波器对信号的损耗，从而有效滤除电路中随电路工作状态改变的内部振荡频率，保证电路输出信号不受串扰信号的干扰，且本实用新型的自适应带阻滤波器的结构简单，成本低廉，应用范围也较为广泛。

附图说明

图1为本实用新型的自适应带阻滤波器的结构示意图。

图2为本实用新型的自适应带阻滤波器中的频率电压转换模块的电路结构示意图。

图3现有技术中常见的带阻滤波器设计图。

图4为本实用新型的自适应带阻滤波器中的增益补偿模块设计原理图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本实用新型的自适应带阻滤波器的结构示意图。

在一种实施方式中，该自适应带阻滤波器包括频率电压转换模块、跟随放大电路模块、受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块；所述的电压转换模块的输入端连接本振信号，该电压转换模块的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端；所述的跟随放大电路模块的输出端分别连接所述的受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块的输入端；所述的受控带阻滤波电路模块的输入端还连接滤波信号；该受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的增益补偿电路模块；所述的增益补偿电路模块为该自适应带阻滤波器的信号输出端。

在一种较优选的实施方式中，所述的频率电压转换模块，如图2所示，包括相移网络电路、乘法器和低通滤波电路，所述的本振信号分别连接所述的相移网络电路和乘法器的输入端，所述的相移网络电路的输出端也连接所述的乘法器的输入端；该乘法器的输出端连接所述的低通滤波电路的输入端；该低通滤波电路的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端。

在另一种较优选的实施方式中，所述的受控带阻滤波电路模块包括第一N型MOS晶体管、第二N型MOS晶体管、第一电容和第二电容；所述的第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管串联；所述的第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管的栅极均连接所述的跟随放大电路模块的输出端，所述的第一电容和第二电容串联并与第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管并联；该串联的第一电容和第二电容的一端连接所述的滤波信号；该串联的第一电容和第二电容的另一端连接所述的增益补偿电路模块。且所述的第一N型MOS晶体管和所述的第二N型MOS晶体管的沟道宽长比不同。

在更优选的实施方式中，所述的增益补偿电路模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三N型MOS晶体管，所述的受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的运算放大器的同相输入端；所述的运算放大器的反相输入端通过所述的第一电阻接地；所述的运算放大器的输出端通过所述的第三N型MOS晶体管连接该运算放大器的反相输入端；该第三N型MOS晶体管的栅极连接所述的跟随放大电路模块的输出端；所述的运算放大器的输出端还通过所述的第二电阻连接于所述的第一电容和第二电容之间；该运算放大器的输出端为该自适应带阻滤波器的信号输出端。

在实际应用中，为了滤除频率变化的窜扰信号，本实用新型的自适应带阻滤波器的带阻频点必须随窜扰信号的频率进行自动调整。由于已经知道了窜扰源是内部本振信号，所以可以将此本振信号频率的变化转换为一个电压变量的变化，再用这个变化着的电压来控制带阻滤波器的截止频率的变化。

如图1所示，内部振荡产生的本振信号经过一个频率电压转换器产生电压信号，通过跟随器形成控制电压，这个控制电压的变化与本振信号频率的变化对应。然后此控制电压控制受控带阻滤波器使其阻带截止频率等于本振信号频点，从而滤除信号中的本振窜扰信号。最后信号经过一个增益补偿单元输出，此增益补偿单元的增益也受控于控制电压。

如图2所示，频率电压转换模块由相移网络、乘法器、低通滤波器组成。信号处理流程如下：本振信号经相移网络与自身相乘，产生信号Vt，Vt再经一个低通滤波器，滤出一个直流电压Vctrl，Vctrl即为频率电压转换器的输出电压信号。

其中相移网络具有自身的频率特性，即不同频率的信号经过此相移网络将产生不同相位差量，一般来说相位变化量中心值设置在90度附近。相移网络的上述特性将影响整个频率电压转换器的工作范围，以防止许在工作频段内存在两个不同的频率通过相移网络时产生相同的相位差。

整个频率电压转换器的工作原理可用下述公式来说明：

Vt = Vdc + A 1 A 2 \cos ωt \cdot \sin (ωt + Δθ) = Vdc + \frac{1}{2} A 1 A 2 [\sin (2 ωt + Δθ) + \sin Δθ],

经低通滤波器滤除高频分量后，

Vctrl = Vdc + \frac{1}{2} A 1 A 2 \sin Δθ .

上式中的Vdc为Vt的直流分量；A1cosωt为本振信号；A2sin(ωt+Δθ)为本振信号经相移网络后的信号，Δθ表示信号相移90度后的附加相位差。

选取Vctrl随本振信号频率变化曲线中较为线性的一段作为频率电压转换器的工作区间。

通常的带阻滤波器设计图如图3所示。其由一个低通和一个高通滤波器组成，其增益和截止频率表示如下：

增益

Av = 1 + \frac{Rf}{R 1};

截止频率

fp 1 = fp 2 = [\sqrt{{(2 - Av)}^{2} + 1} - (2 - Av)] f_{0},

f_{0} = \frac{1}{2 πRC}

品质因素

Q = \frac{1}{2 (2 - Av)} .

改变上述截止频率只需要改变R或C即可，同时调整反馈电阻Rf可以改变滤波器的Q值。

本实用新型中的受控带阻滤波模块的设计思想是将图3的带阻滤波器中的电阻用工作于线性区的NMOS替代。工作于线性区的NMOS的导通阻值与其Vgs相关，选取其中较线性的一段就可作为可变电阻的使用区域。可以采用不同宽长比的NMOS来替代通常带阻滤波器中的电阻。

基于上述理论，此处涉及到两条较为线性的曲线：频率电压转换器中的电压-频率曲线和受控带阻滤波器中的截止频率-控制电压曲线。事实上这两条曲线通常无法做到斜率一致，所以还需要采用一个跟随放大器模块，这个模块的任务就是将电压-频率曲线进行放大，使其与截止频率-控制电压曲线相符。

在不同的频率下，带阻滤波器对信号的损耗有所差异，所以需要采用增益补偿模块来弥补这个缺陷，本实用新型中的增益补偿模块设计原理如图4所示。其采用加入电压控制可变电阻的放大器，其放大增益与可变电阻相关。在不同的频率下，可变电阻Rf’发生变化，导致放大增益发生变化，弥补信号在带阻滤波器上的损耗。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种自适应带阻滤波器，其特征在于，所述的滤波器包括频率电压转换模块、跟随放大电路模块、受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块；所述的电压转换模块的输入端连接本振信号，该电压转换模块的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端；所述的跟随放大电路模块的输出端分别连接所述的受控带阻滤波电路模块和增益补偿电路模块的输入端；所述的受控带阻滤波电路模块的输入端还连接滤波信号；该受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的增益补偿电路模块；所述的增益补偿电路模块为该自适应带阻滤波器的信号输出端。

2.根据权利要求1所述的自适应带阻滤波器，其特征在于，所述的频率电压转换模块包括相移网络电路、乘法器和低通滤波电路，所述的本振信号分别连接所述的相移网络电路和乘法器的输入端，所述的相移网络电路的输出端也连接所述的乘法器的输入端；该乘法器的输出端连接所述的低通滤波电路的输入端；该低通滤波电路的输出端连接所述的跟随放大电路模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的自适应带阻滤波器，其特征在于，所述的受控带阻滤波电路模块包括第一N型MOS晶体管、第二N型MOS晶体管、第一电容和第二电容；所述的第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管串联；所述的第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管的栅极均连接所述的跟随放大电路模块的输出端，所述的第一电容和第二电容串联并与第一N型MOS晶体管和第二N型MOS晶体管并联；该串联的第一电容和第二电容的一端连接所述的滤波信号；该串联的第一电容和第二电容的另一端连接所述的增益补偿电路模块。

4.根据权利要求3所述的自适应带阻滤波器，其特征在于，所述的第一N型MOS晶体管和所述的第二N型MOS晶体管的沟道宽长比不同。

5.根据权利要求3或4所述的自适应带阻滤波器，其特征在于，所述的增益补偿电路模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三N型MOS晶体管，所述的受控带阻滤波电路模块的输出端连接所述的运算放大器的同相输入端；所述的运算放大器的反相输入端通过所述的第一电阻接地；所述的运算放大器的输出端通过所述的第三N型MOS晶体管连接该运算放大器的反相输入端；该第三N型MOS晶体管的栅极连接所述的跟随放大电路模块的输出端；所述的运算放大器的输出端还通过所述的第二电阻连接于所述的第一电容和第二电容之间；该运算放大器的输出端为该自适应带阻滤波器的信号输出端。