一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路的制作方法
【專利摘要】一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，能夠?qū)崿F(xiàn)任意復(fù)雜的傳遞函數(shù)。該濾波網(wǎng)絡(luò)包括一個差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)，其第一輸入端連接到濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入端、第二輸入端和一個輸出端。預(yù)定義傳遞函數(shù)的濾波網(wǎng)絡(luò)被連接在輸出端和濾波網(wǎng)絡(luò)的一個輸出端之間。此外，反饋路徑的輸出端連接到上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端。濾波網(wǎng)絡(luò)與差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)一起工作，以便不影響施加到輸入端的輸入信號的直流分量的幅值。這使得即使在濾波網(wǎng)絡(luò)使用有源器件時也能產(chǎn)生高精度直流。此外，即使當(dāng)濾波網(wǎng)絡(luò)具有可調(diào)的傳遞特性，過濾器的整體傳輸特性仍然能摻入高精度直流，例如時鐘可調(diào)的開關(guān)電容濾波器。
【專利說明】一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及電氣濾波電路，更具體地，本發(fā)明涉及一種過濾器，它具有可調(diào)諧的交流響應(yīng)特性和改進的直流精度。

【背景技術(shù)】
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[0002]目前使用的電氣濾波網(wǎng)絡(luò)的各種類型，其中最簡單的是一個一階或二階RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)。一階RC網(wǎng)絡(luò)的輸入端和輸出端之間連著一個電阻器和電容器。二階RC網(wǎng)絡(luò)的輸入端和輸出端之間包括兩個這樣的電阻器和電容器，具體地如圖1所示。這種類型的低通濾波網(wǎng)絡(luò)的直流高度準(zhǔn)確。除了通過從輸入端子到輸出端，這種不含有源元件的網(wǎng)絡(luò)不會影響直流成分。對于圖1中一個純粹的RC濾波電路類型，圖2的實線曲線充分說明了縱軸輸出電壓是橫軸頻率的函數(shù)。純粹的RC濾波網(wǎng)絡(luò)的直流精度并不改變，因為輸出端的直流分量等于輸入端的直流分量。
[0003]雖然直流高度準(zhǔn)確，參照圖2可以看出，單純的RC濾波網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的輸出電壓的直流頻率立即逐漸減少，并持續(xù)下去直至達到截止頻率Fe。通過定義的Fe是輸入電壓衰減3個分貝或者Vout = Vin V 2時的頻率。理想情況下，一個低通濾波器保持輸入電壓和輸出電壓相等，即在整個輸入電壓(在以上的截止頻率)中，通過零點頻率和一個特地選擇的截止頻率間的低頻帶的單位增益降為零。理想的帶通濾波器在零波段和單位增益之間表現(xiàn)出類似的瞬時變化。
[0004]為了增強濾波網(wǎng)絡(luò)的利滾降特性，建議將一個純粹的RC電路網(wǎng)絡(luò)和一個包括有源器件(例如運算放大器)的電路結(jié)合在一起。有源電路配合RC網(wǎng)絡(luò)通過減少通帶滾降來提高濾波器的性能。不幸的是，這樣的有源濾波器一般都沒有直流精度。即在零頻率處的輸出可能等于輸入的直流分量，或者大于或小于直流分量。運算放大器試圖補償在輸入信號中的直流分量的一個后果就是出現(xiàn)直流偏移誤差。
[0005]眾所周知，有源濾波電路的一些具體實例包括開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)組成的電容器、模擬開關(guān)和運算放大器。與傳統(tǒng)的有源RC濾波器相比，開關(guān)電容濾波器的優(yōu)點是通過一個可調(diào)的時鐘頻率和電容比值，而不是按照RC產(chǎn)品來確定濾波器的傳遞特性。由于電容比值可以通過使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體加工技術(shù)非常精確地被控制在，并且相對溫度是穩(wěn)定的，這就可能實現(xiàn)非常精確濾波器傳遞函數(shù)。
[0006]然而，設(shè)計有源濾波器過程中，加入開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)需要考慮在網(wǎng)絡(luò)外部的電阻和電容(RC)元素對響應(yīng)特性的影響。由于過濾器的響應(yīng)特性往往取決于開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的時鐘頻率，當(dāng)在外部或內(nèi)部的時鐘頻率改變時濾波器的響應(yīng)特性也會改變形狀。這種形狀的擾動會導(dǎo)致性能降低，在極端情況下，甚至可能會導(dǎo)致過濾器停止按期望的方式運作。因此，為了按照期望的響應(yīng)特性來調(diào)整過濾器，外部RC元素需要在每個時鐘頻率分別被選擇。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]鑒于上述情況，本發(fā)明的一個目的是提供一種過濾器的架構(gòu)以產(chǎn)生具有改善的直流精度和相對快速的滾降特性的濾波網(wǎng)絡(luò)。
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供一種能使用有源器件的濾波網(wǎng)絡(luò)，其中，施加到過濾器的輸入信號的直流偏移等于濾波器的輸出信號的直流偏移。
[0009]本發(fā)明的再一個目的是提供可由時鐘調(diào)整的開關(guān)電容濾波器，并且在每個時鐘頻率都不需要調(diào)整外部RC元件。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0011]正如將要看到的那樣，本發(fā)明包括一個高度準(zhǔn)確的直流并且能夠執(zhí)行任意復(fù)雜度的傳遞函數(shù)的濾波網(wǎng)絡(luò)。該過濾器的網(wǎng)絡(luò)包括一個差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)，濾波網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接第一輸入端、第二輸入端和一個輸出端。有預(yù)定義傳遞函數(shù)的濾波網(wǎng)絡(luò)連接在輸出端和一個輸出端之間。此外，反饋路徑的輸出端連接到上述第二輸入端口的差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)。濾波網(wǎng)絡(luò)和差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)一起運作，以便不影響施加到輸入端的輸入信號的直流分量幅值。即使對于使用有源器件的濾波網(wǎng)絡(luò)也具有本發(fā)明的高精度直流特征。此外，即使濾波網(wǎng)絡(luò)具有可調(diào)節(jié)的傳遞特性，濾波器的整體傳輸特性仍然具有高精度直流，如被插入的時鐘可調(diào)開關(guān)電容濾波器。
[0012]本發(fā)明提出一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，濾波網(wǎng)絡(luò)具有一個輸入端和一個輸出端，包括:差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端口連接到上述輸入端、第二輸入端口和一個輸出端口 ；上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)在上述第一輸入端口接收一個輸入信號，在上述第二輸入端口接收一個反饋信號；濾波網(wǎng)絡(luò)將上述輸出口連接到上述輸出端子；從上述輸出端到上述第二輸入端口的反饋路徑用于提供上述反饋信號；其中，上述濾波網(wǎng)絡(luò)與上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)協(xié)作以便不影響上述輸入信號的直流分量的幅值。
[0013]進一步，上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)包括一個運算放大器，它的非反相輸入端連接到上述第一輸入端口，而反相輸入端的電阻連接到上述第二輸入端口。
[0014]進一步，上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)還包括一個電容元件，其連接在上述運算放大器和上述反相輸入端的一個輸出端之間。
[0015]進一步，上述差分集成和求和網(wǎng)絡(luò)被切換連接在上述第一和第二輸入端口之間，上述電容器也被切換連接到積分網(wǎng)絡(luò)的反相輸入端。
[0016]進一步，濾波網(wǎng)絡(luò)包含一個直流反饋電路，包括:運算放大器裝置具有第一輸入端和第二輸入端和一個輸出端,信號輸入端連接到上述第一輸入端,用于接收輸入信號,包括一個直流分量，電阻裝置連接在上述濾波網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端和一個輸出端，電容裝置連接在上述運算放大器的第二輸入和輸出端之間；過濾器裝置插入在上述運算放大器的輸出端和過濾器的輸出端之間，用于過濾與預(yù)定義傳遞函數(shù)相應(yīng)的輸入信號，其中，上述濾波與直流反饋網(wǎng)絡(luò)一起工作，以便不影響上述輸入信號中直流分量幅值。
[0017]進一步，上述濾波網(wǎng)絡(luò)包括有源濾波器，根據(jù)其預(yù)定的傳遞函數(shù)來選擇上述電阻和電容元件的大小。
[0018]進一步，上述濾波網(wǎng)絡(luò)包括低通有源濾波器，根據(jù)其預(yù)定的截止頻率來選擇上述電阻和電容元件的大小。
[0019]進一步，時鐘裝置用于調(diào)節(jié)上述濾波器、上述的運算放大器和上述電阻和電容元件的交流特性，以便防止上述電阻和電容元件影響對上述輸入信號的交流分量的過濾。
[0020]結(jié)合附圖，本發(fā)明的目的和特征將會從下面的詳細(xì)描述和從屬權(quán)利要求中更容易理解。
[0021]對比專利文獻:CN203039649U —種調(diào)諧濾波器電路2012200701554.0【專利附圖】

【附圖說明】:
[0022]圖1為常規(guī)的二階RC濾波網(wǎng)絡(luò)，其輸入端和輸出端之間有兩個電阻和兩個電容。
[0023]圖2為圖1中常規(guī)的RC濾波網(wǎng)絡(luò)中輸出電壓作為頻率的函數(shù)的圖形。
[0024]圖3為根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的一個精確直流的濾波網(wǎng)絡(luò)的框圖表示。
[0025]圖4為包括在本發(fā)明中直流精確的濾波網(wǎng)絡(luò)的差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)。
[0026]圖5為開關(guān)電容器實現(xiàn)的差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)。
[0027]圖6為本發(fā)明中作為頻率的函數(shù)的傳遞函數(shù)GT(s)，其中濾波網(wǎng)絡(luò)具有直流增益Dl0

【具體實施方式】
:
[0028]現(xiàn)在參照附圖直接分析圖3，圖1-2前面已討論過。如上文所述，圖3提供了在根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的一個直流-精確的濾波網(wǎng)絡(luò)10的框圖表示。濾波網(wǎng)絡(luò)10包括一個輸入端12，用于接收的電信號Vin包含直流分量，以及更高的頻率的交流分量。的輸入端12被連接到一個差分集成和求和網(wǎng)絡(luò)16的非反相輸入端口(+)上。雖然下面的網(wǎng)絡(luò)16的運作被精確地描述，網(wǎng)絡(luò)16將至少包括一個有源元件，例如，使用一個運算放大器的直流反饋回路。網(wǎng)絡(luò)16的輸出在下文被稱為中間電壓Vi提供給一個濾波網(wǎng)絡(luò)20。該濾波網(wǎng)絡(luò)20可以使用有源或無源網(wǎng)絡(luò)元件來實現(xiàn)，但在一個優(yōu)選的實例中使用一個傳輸特性可調(diào)節(jié)的過濾器(例如，一個時鐘可調(diào)的開關(guān)電容濾波器)。濾波網(wǎng)絡(luò)10的輸出Vout在輸出端24處，該端子24通過反饋路徑28被接到差動積分、求和網(wǎng)絡(luò)16的反相輸入端(_)。
[0029]參考圖3可以看出，濾波網(wǎng)絡(luò)20斷開了網(wǎng)絡(luò)16和反饋路徑28組成的直流反饋環(huán)路。因此，在濾波電路20應(yīng)允許反饋路徑28獲取中間電壓Vi的直流分量。在此條件下的直流反饋回路與濾波電路20 —起工作使得輸出電壓的直流分量幾乎等于輸入信號Vin的直流分量。如下所述，本發(fā)明的一個特征是:直流反饋環(huán)路以這種方式運作時基本上不考慮濾波網(wǎng)絡(luò)20的響應(yīng)特性。
[0030]圖3說明了本實例的濾波網(wǎng)絡(luò)10，積分求和網(wǎng)絡(luò)16用來提供一個輸出電壓
[0031]Vi = k / (Vin-V-) +Vin (I)
[0032]其中，V-= Vout，K為網(wǎng)絡(luò)增益常數(shù)16。
[0033]如圖4所示，差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)16能夠提供了等式⑴中定義的輸出。正如在圖4中所示，網(wǎng)絡(luò)16可以包括一個運算放大器50，其具有連接到輸入端12的一個非反相輸入端口。經(jīng)由電阻器Rl與運算放大器50的非反相輸入端口被連接到反饋路徑28，并且通過電容器Ca被耦合到運算放大器50的輸出端。圖4的積分求和網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的中間輸出電壓Vi可以從頻域變量方面分析，即s = jw,為:
[0034]咪)々醫(yī))⑵
[0035]其中，輸出電壓對應(yīng)于濾波器輸出端24對應(yīng)的電壓。如果濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)被表示成G，則整體的傳遞函數(shù)GT (s)的一個實例濾波網(wǎng)絡(luò)10和圖4的差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)16 —起運作，包括:
Vwl CO+sr)
[0036]Gr(s)=l = ^T⑶
[0037]其中τ = Ri Ci。從方程(3)可以推斷出，s = O時的傳遞函數(shù)GT (S)的直流值是統(tǒng)一的。也就是說，在運算放大器的開環(huán)增益50使得輸出電壓Vout的直流分量與輸入電壓Vin的直流分量值相等，不考慮濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)G(S)的頻率選擇性。換句話說，過濾器10實現(xiàn)了高精度直流，強制輸出電壓Vout的直流分量與輸入電壓Vin的直流分量值相等。就是這樣的情況下，運算放大器50提供輸入失調(diào)電壓和直流偏置電流。
[0038]除了增強的直流精度，本發(fā)明對上述直流的某些頻率而言，濾波網(wǎng)絡(luò)10的整體傳遞函數(shù)GT(S)變得與濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)G基本上相同。即，在濾波網(wǎng)絡(luò)10進行操作以提供絕對直流精度的同時也假定好交流濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞特性。濾波網(wǎng)絡(luò)10以這種方式運作的條件下，濾波網(wǎng)絡(luò)20具有切斷頻率fc的低通響應(yīng)G1，被概括為廣義高階傳遞函數(shù)。截止頻率fc被定義為濾波器的響應(yīng)特性的頻率從統(tǒng)一的值降為I/ V 2。在S-域的低通響應(yīng)Gl可表示為:
,,—f,
[0039]Gt(s) = ~T7"
s + t。(4)
[0040]其中s = jf。
[0041]在濾波網(wǎng)絡(luò)20的實例中合成為一個RC有源濾波器，通過調(diào)整濾波器元件的電阻和電容值來修改截止頻率fc的值。同樣地，在濾波網(wǎng)絡(luò)20的開關(guān)電容的頻率fc根據(jù)所施加的時鐘頻率而變化。等式(4)代入式(3)式可得:
G (,Λ_ (^ + Χ-)χΧ
_2] Μ)?.)?(5)
[0043]讓D⑶代表GT (S)的分母，其中有:
[0044]D(s) = s (s+fc) +fc fi (6)
[0045]參照式(6)，如果fi〈〈fc，那么fc ^ fi+fc，在此條件下的分母D (S)變?yōu)?
[0046]D(s) = s [8+(^+^)]+^^ = (s+fc) (s+fi) (7)
[0047]等式(7)代入方程(5):
「00481 Gt (5) ?--—-
[0048]{s+fc){s+fi)(g)
[0049]消除分子和分母的常數(shù)(s+fi)得:
[。_ 6'⑴☆(9)
[0051]或等價:GT(s) = G1(S)(10)
[0052]也就是說，差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)16的時間常數(shù)Ri Ci被選擇為明顯大于濾波網(wǎng)絡(luò)20的截止頻率2 Ji fc的倒數(shù)(即1/2 Ji Ri Ci?fc,或者Ri Ci?l/2 Ji fc)，濾波網(wǎng)絡(luò)10的整體傳遞函數(shù)GT(s)呈現(xiàn)了濾波器的傳遞函數(shù)G(S)的特性。
[0053]如由方程(10)所示，差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)16選擇的RC時間常數(shù)導(dǎo)致頻率fi產(chǎn)生與低通截止頻率fc有關(guān)的較低值，防止網(wǎng)絡(luò)16內(nèi)的RC元件影響濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)。例如，電阻和電容元件的選擇使得頻率fi為0.0lHz導(dǎo)致整體傳遞函數(shù)GT(S)十分接近具有一個低通截止頻率為IHz的濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)。因此，本發(fā)明的特征是，濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)的完整性和濾波網(wǎng)絡(luò)10的直流精度保持，不論濾波網(wǎng)絡(luò)10是否使用有源或無源元件實現(xiàn)。例如，在濾波網(wǎng)絡(luò)20使用一個開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，具有一個時鐘調(diào)整低通截止頻率。如等式(10)所示，這樣的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)可重新調(diào)諧無需在時鐘頻率變化之后調(diào)整網(wǎng)絡(luò)16的RC元件。
[0054]下文的一組條件下，方程(10)將使得濾波網(wǎng)絡(luò)20具有高階，即多極，低通傳輸特性:
[0055]6Xv) = ^) (11)
[0056] 其中N是一個常數(shù)。利用方程(5)和(11)得到下面的表達式的整體增益GT (S):
(、_ N{s+ f,、
[Ο。”] ^(-V)=,D(,)+/V/:{12)
[0_其中&
[0059]其中Ri Ci對應(yīng)于差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)16的時間常數(shù)。確定的標(biāo)準(zhǔn)下，期望網(wǎng)絡(luò)10有一個整體的傳遞函數(shù)GT(s)，鏡射出高階的低通濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞特性。參照式(12)，它可以容易表示，
[0060]NFi+sD(s) ^ D(s) (s+fi) (13)
[0061]當(dāng)且僅當(dāng)?shù)仁?13)中的右側(cè)代替方程(12)的分母可得:
[0062]^ << Bn^1, (14).an_n
[0063]fi《 ，

an-\
[0064]^

Un 2
f aQ
[0065]
[0066]或等價地，GT(s)^ G(s) (16)
[0067]很明顯，即使分子N是頻率變量s的函數(shù)，即，即使傳輸函數(shù)G (S)包括零極點保持不變。因此，對于濾波網(wǎng)絡(luò)20的任意一個傳遞函數(shù)為G(S)，等式(16)有效的前提是:
[0068]( i )類似于等式(14)中上述的所設(shè)定的一組條件來源于濾波網(wǎng)絡(luò)，
[0069](ii) 一個直流信號路徑存在于反饋路徑28和積分求和網(wǎng)絡(luò)16(圖1)之間。后者滿足如具有低通濾波器和帶阻頻率響應(yīng)特性的濾波器。
[0070]舉一個例子，通過使用等式(15)獲得fi的值后，濾波網(wǎng)絡(luò)20實現(xiàn)了傳統(tǒng)的五極，巴特沃斯低通濾波器具有的傳遞函數(shù):
[0071]G/i(Λ} ~.V5+ 3.235/+5.235^3 +5.235/+3.235^ +1(17)
[0072]其中GB(s)已被標(biāo)準(zhǔn)化為IHz的截止頻率。根據(jù)等式(14)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，傳遞函數(shù)GB (S)導(dǎo)致:
[0073]^ << 3.235
「 n f 5.235
[0074]/..?-

3.235
「5.235
[0075]=
[0076] /；<<lk (18)
[0077]fi值的選擇要滿足式(18)所施加的最嚴(yán)格的要求，即，fi遠小于1/3.235。據(jù)觀察，如果濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)被調(diào)諧，以便增加傳遞函數(shù)GB (s)的截止頻率的值時，上述方程(18)對fi的值的約束被相應(yīng)地放寬。例如，如果改變截止頻率從IHz到1Hz時，在方程
(18)中fi〈〈l/3.235。因此，如果該值滿足最低的預(yù)期截止頻率，即使濾波網(wǎng)絡(luò)20的截止頻率有變動，等式(18)也滿足條件。
[0078]另一個例子，fi的允許值來自下面的示例具有的傳遞函數(shù)的低通濾波器，其中包括分子為零值的情況。具體而言，一個2階濾波器的傳遞函數(shù)可表示為:
[0079]G(.v)=+ /: ] 2
s +sfoa+/o(19)
[0080]或者等效，
剛風(fēng)V)=!(20)
[0082]例如，當(dāng)N = k(s2+fn2)和D = s2+sfo a +fo2,其中fo和fn分別為上述濾波器的中心頻率和陷波頻率。參數(shù)α對應(yīng)的質(zhì)量系數(shù)的倒數(shù)Q，即，
[0083]α = ? (21)
[0084]而量k表示濾波器的增益系數(shù)。一個低通濾波器的通帶增益被定義為:
[0085]G(0) S=O=^T = I
Λ (22)
f2
[0086]^ =
'尺(23)
[0087]下面等式(13)將用來確定一個陷波濾波器和一個低通濾波器的fi值一組約束條件。對于一個陷波濾波器，fn2 = fo2,因此I^= 1，而對于一個低通濾波器fo〈fn,因此k〈l。從方程(13)中，
[0088]Nfj+sD = D (s+fj)
[0089]代入方程(I)將產(chǎn)生以下的近似等式:(KFI+F0a) * FO a +無線網(wǎng)絡(luò)連接，⑴(kfi+fo a ) fo a +fi (i)
[0090]fo2 ^ fo2+fo a fi (ii)
[0091](ii)規(guī)定中的表達式
[0092]Ji ? — = I (J
a(24)
[0093]以便濾波器函數(shù)G(s)準(zhǔn)確直流。在⑴上述的表達意味著統(tǒng)一的增益因子(K?1)，如上上述，描述了一種陷波濾波器。為了滿足a)，在一個低通濾波器的情況下，■P，對于fo〈fn和k〈I,這是必要的，
[0094]X《./-- =舍(25)
[0095]因此，由方程(21)中指定的品質(zhì)系數(shù)Q的決定了低通濾波器和陷波過濾器的fi可取的值。Q〈 I的情況下，這是清楚的，fi的選擇，例如，
[0096]《77
Q(26)
[0097]滿意的程度標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果由方程(24)中一個低通濾波器設(shè)置。然而，這種選擇也滿足方程(23)，即
[0098]fi<fo Q (27)
[0099]因為對于Q>1(26)的右側(cè)是大于(25)的右側(cè)。類似地，對于Q〈1的選擇
[0100]f j < < f0Q (28)
_1] Ji<<^(29)
_] kfi《i(30)
[0103]在實施方案中，其中的濾波網(wǎng)絡(luò)20使用一個時鐘調(diào)整的開關(guān)電容濾波器，積分求和網(wǎng)絡(luò)16在工作網(wǎng)絡(luò)20的最低時鐘頻率的基礎(chǔ)上設(shè)計的。特別地選擇網(wǎng)絡(luò)16內(nèi)的電阻和電容元件的值，使得fi的值滿足等式(18)的要求，對應(yīng)于最低的濾波網(wǎng)絡(luò)20的時鐘頻率。這樣，盡管開關(guān)電容濾波器的截止頻率隨著時鐘頻率改變而改變，濾波器響應(yīng)特性可以被保持。
[0104]在實施方案中，濾波網(wǎng)絡(luò)10特征在于，濾波網(wǎng)絡(luò)20使用時鐘可調(diào)開關(guān)電容器，積分求和網(wǎng)絡(luò)16在濾波網(wǎng)絡(luò)20的最低時鐘頻率的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。圖5示出了差分集積分、求和網(wǎng)絡(luò)16的一個開關(guān)電容器。正如圖5中所示，這種開關(guān)電容器使得差分積分器80耦合到求和器90。積分器30包括一個開關(guān)電容器元件的Cu，在第一開關(guān)位置連接到反饋路徑28和輸入端子12之間。在每個時鐘周期期間，電容器元件Cu在第一開關(guān)位置和第二開關(guān)位置之間切換。電容器元件Cu在第二開關(guān)位置連接到接地信號和的反相(-)的積分運算放大器95的輸入端。積分器80還包括耦合到輸出端的反饋電容器Co和運算放大器95的反相輸入端。
[0105]參照圖5，求和器90包括一個求和運算放大器105，其一個反相輸入端(-)通過電阻R2連接到積分運算放大器95的輸出端。運算放大器105的反相輸入端還通過一個電阻R3連接到輸入端子12上。求和器90還包括一個反饋電阻器R4，其反相輸入端連接到運算放大器105的輸出端。在一般情況下，電阻器R2, R3和R4大小相同，從而通過電阻R2和R3給予求和器90接收到的信號相等的權(quán)重。
[0106]與圖5中所示差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的fi值可以表示為:
Γ -- _(?見)
^ffCetf ' 2^C0
[0108]其中Rcff和Ceff值代表的積分器80的有效電阻和電容，并且fclk表示供給開關(guān)電容器元件的Cu時鐘頻率信號。
[0109]方程(3)檢查后，這是顯而易見的，濾波網(wǎng)絡(luò)10整體的增益響應(yīng)GT (S)等于直流輸入信號的增益，即s = O時。輸入頻率增加時，直流反饋回路包括積分求和網(wǎng)絡(luò)16和反饋路徑28 (圖3)，輸入信號的直流分量繼續(xù)與輸出端24出現(xiàn)的信號的直流分量保持一致。然而，整體響應(yīng)GT (s)根據(jù)濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞特性濾波在頻率大于fi時過濾輸入信號的交流分量。參照圖6，這種現(xiàn)象可以更充分的理解，其中示出濾波網(wǎng)絡(luò)10的傳遞函數(shù)GT(S)作為頻率的函數(shù)，它具有一個濾波網(wǎng)絡(luò)與直流增益D1。它是觀察到的整體響應(yīng)GT(s)通過控制所跨越這個過渡區(qū)域，即通過控制fi值的頻率范圍從而形成的。同樣地，fi可能的值進行調(diào)整，通過選擇上述的積分求和網(wǎng)絡(luò)16的等效的RC時間常數(shù)。
[0110]在本文所公開的實例中，濾波網(wǎng)絡(luò)20的傳遞函數(shù)G(S)的，可以形成由任何合適的網(wǎng)絡(luò)。在特定的實施方式中，這樣的網(wǎng)絡(luò)可提供一個開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)與時鐘發(fā)生器的組合。但是，一旦所期望的濾波特性已被選擇，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地設(shè)計適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò),這將被包含在過濾器20中。
【權(quán)利要求】
1.一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:濾波網(wǎng)絡(luò)具有一個輸入端和一個輸出端，包括:差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端口連接到上述輸入端、第二輸入端口和一個輸出端口 ；上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)在上述第一輸入端口接收一個輸入信號，在上述第二輸入端口接收一個反饋信號；濾波網(wǎng)絡(luò)將上述輸出口連接到上述輸出端子；從上述輸出端到上述第二輸入端口的反饋路徑用于提供上述反饋信號；其中，上述濾波網(wǎng)絡(luò)與上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)協(xié)作以便不影響上述輸入信號的直流分量的幅值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)包括一個運算放大器，它的非反相輸入端連接到上述第一輸入端口，而反相輸入端的電阻連接到上述第二輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:上述差分積分、求和網(wǎng)絡(luò)還包括一個電容元件，其連接在上述運算放大器和上述反相輸入端的一個輸出端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:上述差分集成和求和網(wǎng)絡(luò)被切換連接在上述第一和第二輸入端口之間，上述電容元件也被切換連接到積分網(wǎng)絡(luò)的反相輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:濾波網(wǎng)絡(luò)包含一個直流反饋電路，包括:運算放大器裝置具有第一輸入端和第二輸入端和一個輸出端，信號輸入端連接到上述第一輸入端，用于接收輸入信號，包括一個直流分量，電阻裝置連接在上述濾波網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端和一個輸出端，電容裝置連接在上述運算放大器的第二輸入和輸出端之間；過濾器裝置插入在上述運算放大器的輸出端和過濾器的輸出端之間，用于過濾與預(yù)定義傳遞函數(shù)相應(yīng)的輸入信號，其中，上述濾波與直流反饋網(wǎng)絡(luò)一起工作，以便不影響上述輸入信號中直流分量幅值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:上述濾波網(wǎng)絡(luò)包括有源濾波器，根據(jù)其預(yù)定的傳遞函數(shù)來選擇上述電阻和電容元件的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:上述濾波網(wǎng)絡(luò)包括低通有源濾波器，根據(jù)其預(yù)定的截止頻率來選擇上述電阻和電容元件的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含直流精度的可調(diào)諧濾波電路，其特征是:時鐘裝置用于調(diào)節(jié)上述濾波器、上述的運算放大器和上述電阻和電容元件的交流特性，以便防止上述電阻和電容元件影響對上述輸入信號的交流分量的過濾。
【文檔編號】H03H11/04GK203984372SQ201320782431
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司