TWI311401B - Calibration loop, filter circuit and related method capable of auto adjusting center frequency of a filter - Google Patents

Description

1311401 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係提供—種可自動校正献器之中心頻率的遽波電 路尤‘翻用-積分器來達到自動校正遽'波器之中心頻率的 濾波電路。 【先前技術】 在整個晶片整合的趨勢，除了容納的邏輯元件數目提高的同 時，另-方面也要求晶片的面積愈做愈小。目前晶片設計的趨勢 儘可能減少外部元件崎低成本及縮小電路板的面積。將傳統設 計必須外加的元件’如將紐n整合到晶片的内部，已成為一個 必要的技術。 在許多的通訊傳輸領域，都會用到遽波器。一般而言，離散 時間濾波器（DiSa；ete TimeFilte〇較鮮確_織，但適用的 頻寬較窄’因此高頻電路往往採用連續時間濾、波器（C〇nti_S Time Filter)’其中又以較節省電源之轉導器-電容滤波器 為首選。轉導ϋ_電容驗器最容易遭遇到_題是電路元件在製 程上發生變異’而造成每次的產品有不同的特性參數。這些特性 參數會1^著％4變化，如溫度變化、偏壓的影響而有所不同。例 如電SB體的轉V值’電阻與電容的值，這些參數無疑地都會直接 衫響電路的特f生’如據波器的中心頻率、放大㈣增益等，進而 影響整個親魏的魏及準確度。 1311401 先前的技術中，通常採用數學的方式運算來達到校正濾波器 之中心頻柄目的。或者制-倾欲校正之濾波器結構相似的 慮波器來作為校正的基準，-般皆如—鎖相迴路（phaseL〇ck l〇〇p，來複製-個從屬遽波器（slaveFiiter)，其中該鎖相 n ( Voltage Controlled Oscillator ，vco) 係複製部分或全雜校正之濾波H而得，再配合其他電路來處理 回授之訊號。飾這種方法的缺點是電路面積大，雜的功率也 大再者，要等鎖相迴路完成鎖相後才能再次校正該滤波器之中 心頻率，校正速度緩慢，且所需花費的時間較長。 【發明内容】 本發明係提供-種可自動校正濾波器之中心鮮的校正迴 2、遽波·及_方法’該舰魏包含該校正迴路及一遽波 益。該校正迴路包含一振盈器、一積分器、一振幅比較器以及一 工作電壓機II。該紐雜用來產生—參考雜信號，該積分 ⑽柄接於概盪11，时根_參考時脈鐵及-工作電壓產 =輸出振幅。該振幅比較器之第—輸人端係输_積分器， 盥係叙接於該振盡器’用來比較該積分器之該輸出振幅 /、擔4益之該參考時脈信號的振幅，並輸出一比較結果。社 作電壓器之輪入端係耦接於該振幅比較器，輪出端^ 該積分器’用來根據該振幅比較器輸出之該比較結整至 該積分器之該工作·。 I輸入至 1311401 本發明係提供-種自動校正齡器之中心頻率的方法，包含 有：產生-參考時脈信號；根據該參考時脈信號及一工作電壓產 =輸出振幅；錄該輪_績該參考時脈錢之振幅，並輪 出-比較結果π及根據耻較結果難該工作職，並藉 整後之工作電壓進-步調整據波器之中心頻率。 °周 【實施方式】 頻率的^Γ 1㈣1 _本㈣—可自紐錢波器之中心 ，率^波電路1G之示終驗電路1G包含-校正迴路12 及-遽波器18。校正迴路12包含一縫器13、 =較=以及一工作電壓調整器—3可為一石: 來產生一醉為fc的參考時脈信號CLK，於一實施 =中，，考時脈訊號CLK係為—弦波型態之訊號，由於 鮮概十純定，目㈣讀极麵 奸 ==伽3,咖14料—輪_，積分器Η 係用來根據-JL作電屋V1產 應於單增益頻率。㈣… 樹田’該輸出振幅係相對 接_^4 1115具有一第一輸入端152_ 接於積刀益14，用來接收積分 輸入端之該輸出振幅，-第二 ^參她嫩LK咖，一比較結 調整器16之輪入端係耦接於振幅比較哭15之 輸出端，輸出端】64尨如从 依之 振幅比齡器14赠絲18，絲根據 輪出之比祕果輸人至積分ϋ Μ及濾、波器18 1311401 % 之工作電壓νι。其中，振盪器13、積分器14、振幅比較器15、 工作電_整|| 16及·n 18係驗同—晶片上。 睛參考第2圖。第2圖為第1圖濾波電路10之濾波器18 的電路圖。，慮波器18係為一轉導_電容(Transc〇n(juctance_c)遽波 器’包含複數個迴旋器（gyrator) 26、複數個電容C及複數個轉 導器gm。濾波器18包含兩電壓源22、24，用來提供兩輸入電壓 • VinI、VinQ。電壓源22之第一端耦接於一轉導器gm，其第二端 耦接於另一轉導器gm;電壓源24之第一端耦接於另一轉導器 gm ’其第二端搞接於另一轉導器gm。經過複數個搞接在一起的 迴旋器26及複數個耦接在一起的電容c之後，濾波器18輸出兩 輸出電壓VoutI、VoutQ，完成濾波之目的。濾波器18具有一中 心頻率fc’濾波器18係用來根據工作電壓V1產生中心頻率fc， 中心頻率fc由轉導器牌及電容c所決定，中心頻率fc=轉導值 φ / (2*pi*電容值）。由於轉導器卿之轉導值會隨著工作電壓改變 (如第1圖的工作電壓V1)，電壓愈高時轉導值也愈高，而濾波 器18之中心頻率fc係由轉導值與電容值的比值所決定，藉由調 整濾波器18之工作電壓νι即可調整轉導值，而進一步調整中心 頻率fc。 請參考第3圖。第3圖為第2圖濾波器18之迴旋器26之示 意圖。迴旋器26係由四個轉導器gm所構成，迴旋器26包含— 第一輸入端262、一第二輸入端264、一第一輸出端266及一第 1311401

二輸出端268。其中，第一轉導器gml之輸入端耦接於第三轉導 器gm3之輸出端且為迴旋器26之第一輸入端262，第二轉導器 gm2之輸入端耦接於第四轉導器_之輸出端且為適旋器％之 第二輸入端264’第-轉導器gml之輸出端柄接於第四轉導器 gm4之輸人端且為迴旋器26之第—輸出端266，第二轉導哭滅 之輸出端織於第三轉鞋_之輸人端鸦迴旋器2^第二 輪出端268。其中，轉導器gm與迴旋器％之轉導值皆相同。一 請參考第4 ®。第4圖為第1圖濾波電路10之積分器14 之示意圖。積分器Η包含-差動轉導器32及—電容C，積分写 14包含-輸人電壓Vin及—輸出_ VQut。差動轉導器接 於振盪器13與工作電壓調整器16(如 耦接 盪器13輸入之參考時脈信號CLK紅作電@ ^=根據振 號，電容C_於差動轉導器32’用來根 生—驅動訊 夕雖:余很據差動轉導器32產生 之驅動减進仃級電，以產钱知振巾 ^ 單增益頻率负，單增益頻率负由差動 、° 4具有一 單增益頻率fU=轉導值/(2*pi*電容值）。因32及電谷C所決定’ 益頻率fii與濾、波器18之中心頻率fe此，積分器14之單增 器與電容，其中轉導器gm、差動轉導^同的(複製相同的轉導 值皆相同）。只要同步調整積分器14與上旋$ 26之轉導 單増益頻料係職域波$ 18 18 ’積分器U之 的單增益鮮fli調整到正雜，濾_^神fc，當積分器Μ 整到正確值。積分H Μ οι作在鮮 8的1^辭fe也會調 、❺早％益頻率時，其增益 1311401 為1，意即輪入電壓Vin與輸出電壓Vout之振幅相同。當積分器 14工作在頻率為高於單增益頻率负時，其增益大於1，意即 >Vm，當積分器η工作在頻率為低於單增益頻率時，其增益 小於1，意即V〇ut<Vin。可利用積分器14之此種特性來調整積 分器14之單增益頻率负。 請繼續參考第i圖。振盈器13提供一頻率為免的參考時脈 • 錢CLK作為參考的基準，透過振幅比較器15比較積分器14 之輪入訊额輸岐_触。其巾，齡_ 14輸人訊號為頻 率fc之參考時脈信號CLK ’而輪出訊號之頻率為&，當積分器 μ之輸出訊號振駄於參考日夺脈钱CLK的娜，代表頻率也 大於頻率fb，糾透過工作電翻妓10降低工作糕VI以降 低頻率fU ·’當積分器Μ之輸出訊號振幅小於參考時脈信號 的振幅，代表鮮fu小於鱗fe，此時透過工作電壓調整器i6 • 調馬工作電壓V1以調高頻率&。經過校正迴路12不斷地調敕 最後將頻率fu調整至與頻率fc相等，意即將積分器14二 頻率fii調整至與遽波器18之中心頻率fc相等。 3皿 u上所述的貫施例僅用來說明本發明 明之範缚。文巾所提_濾 +賴本發 與電容所構成的的濾波器，而穑八哭 锝導态 哭盘雷籍八 也不侷限於由轉導 口口興電谷所構成的積分器， ,,,π ^ 要積刀益與慮波器的構忐开 件相同即即屬於本發明之範喊 筹烕兀 12 校正種可自動㈣波器之中心頻率的 校正_ 18、ΐ Γ5"1G，_，元件_的_14來 ,18之中心頻率，來減少渡波電路i。之誤差，且振盡 ::_，上，盡量減少咖=== 多的面積及、、肖_ 相迴路，可以節省許 迴路，=ί 用一個簡單的積分器來完成校正 :大一牛的數目’又可以達 圍 以上所述僅為本發明之較佳實 所做之均等變化與修飾，皆應屬 施例，凡依本發明申請專利範 本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 ·=圖為本發明一可自動校谢器之中·慮她示意圖 圖為弟1圖;慮波電路之濾波器的電路圖。 第3圖為第2圖濾波器的迴旋器之示意圖。 第4圖為第1麟波電路之積分器之示意圖。 【主要元件符號說明】 10 濾波電路 12 13 振盪器 14 15 振幅比較器 16 才父正迴路 積分器 工作電壓調整器 13 1311401 18 滤波器 VI 工作電壓 152、 262第一輸入端 154 > 264 第二輸入端 162 輸入端 164 輸出端 CLK 參考時脈信號 gm 轉導器 C 電容 26 迴旋器 22、24 電壓源 VinI、 VinQ、Vin 輸入電壓 VoutI ' VoutQ ' Vout 輸出電壓 gml 第一轉導器 gm2 第二轉導器 gm3 第二轉導器 gm4 第四轉導器 266 第一輸出端 268 第二輸出端 32 差動轉導器 14

Claims (1)

1311401 匕月^I 十、申請專利範圍·· 】.一，可自峡正—細之中簡触均路，包含有. 一、盧器（〇_ator)，用來產生—參考時脈信號. 伴概觀11，贿奸仙來根_參考時脈 1。纽-工作賴產生_輸出振幅; ，亏脈 振‘比較器’其第一輸入端係轉接於該積八哭银 係麵接於該振Μ器，用二輸入端 之該參考時脈信號的振幅’並輸出_比較‘；以:…嫌邊81 一工作電壓調整器，其具有一輪 以及-輪出_拉 ’w糸耦接於該振幅比較器， =輸_祕於該積分器，虹作電__、用來根據 =幅比較器輸出之該比較結果調整輸入至該積分器之該工作 其中，該遽波器之中心頻率係藉由調整後之工作 調整。 ^ 2. 如凊求項1所述之校正迴路，其中該積分器具有辦 錄出振巾祕__單增益鮮。 …貝革 3. 如請求項2所述之校正迴路，其中該積分器之該單增益頻率係 對應於5玄濾、波器之中心頻率。 4·如請求項1所述之校正迴路，其中該振盪器、該積分器、該振 幅比較益與該工作電壓調整器係設於同一晶片上。 15 1311401 5. 如請求項1所述之校正迴路，其中該振盈器係為一石英振盪器。 6. 如請求項1所述之校正迴路，其中該積分器包含： 一轉導器，耦接於該振盪器與該工作電壓調整器，用來根據該 參考時脈健與該卫作龍，產生-轉訊號；以及 一電容’耦接於該轉料，絲根據該轉導器產生之該驅動訊 號進行充放電，產生該輸出振幅。 7·種可自動校正濾波器之中心頻率的濾波電路，包含： 一振盪器，用來產生一參考時脈信號； -積分器，祕於鎌H該積分⑽聽根據該參考時脈 信號及一工作電壓產生一輪出振幅； -振幅比較器，其具有—第—輸人端她接_積分器，以及 -第二輸入端係麵接於該振逢器，該振幅比較器係用來比較該積 分器之該輸出振幅與該顧器之該參考時脈錢的振幅，並輸出 一比較結果； -滤波器’制來根據該卫作賴產生—中^頻率；及 工作電壓膽其具有—輸人端雜接於該振幅比較器， 以及-輸出端絲接於該積分狀賴波器，該工作電壓調整器 係用來根據該振触較器輪出之該味結果調整輪人至該積分 器及該渡波器之該工作電壓。 16 1311401 8. 如請求項7所述之濾波電路，其中該積分器具有一單增兴， 率’該輪出振幅係對應於該單增益頻率。 θ'1"*'頰 9. 如請求項8所述之濾波電路，其中該積分器之該單増兴 對應於該丨4波H之該巾^解。 |頻率係 10·如請求項7所述之濾波電路，其中該振盈器、該積分器— 幅比較器、該:L作電壓調整H與域波器係設—了、该振 日日片上。 11. 如請求項7所述之濾波電路，其中該振a器係為一石英振還器 12. 如請求項7所述之舰電路，其中誠波器係為—轉導 (Transconductance-C)濾波器。 奋 波器係為包含複數個轉 13.如請求項7所述之遽波電路，其中該濾 導器及複數個電容。 14.如請求項7所述之缝電路，其中該積分器包含： 以及 -轉導器，_於該振盪器與該工作電壓調整器，用來根據該 振盈器產生之該參考時脈信號與該工作賴，產生—驅動訊號，· 1311401 15·種自動枚正-慮波器之中心頻率的方法，包含： (a)產生一參考時脈信號； ⑼根據該參考時脈錢及—卫作產生_輪出振幅； (0比較該輸出振幅與該參考時脈信號之振幅，並輸出一比較結 果；以及 ⑹根據該味結果婦該工作·;其巾，藉由婦後之工作 電壓進一步調整該渡波器之中心頻率。 如明求項15所述之方法，其中步驟⑼另包含： ()根據該參考時脈無工作賴產p驅動訊號 :以及 (0根據該驅動訊號對—電容進行充放電，以產生該輸出振幅。 十一、囷式：

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