專(zhuān)利名稱：利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源rc濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源RC濾波器的頻率校準(zhǔn)電路，特別涉及一種利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的頻率校準(zhǔn)電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的有源RC濾波器中，由于片上電阻阻值和電容容值會(huì)隨著工藝、溫度等的變化而變化，從而導(dǎo)致有源RC濾波器的截止頻率的漂移，因此有必要對(duì)有源RC濾波器的截止頻率進(jìn)行校準(zhǔn)，以得到所需要的截止頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種能夠利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的頻率校準(zhǔn)電路。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，通過(guò)采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，包括延時(shí)單元和數(shù)字部分，其中延時(shí)單元中的電容陣列完全復(fù)制有源RC濾波器電路中的電容陣列，且兩者具有相同的控制字信號(hào)；數(shù)字部分生成的分頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)所述延時(shí)單元的延時(shí)作用，得到延時(shí)信號(hào)，反饋到數(shù)字部分，計(jì)數(shù)器在此延時(shí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將所得計(jì)數(shù)量與期望的參考計(jì)數(shù)量窗口進(jìn)行比較，相應(yīng)地調(diào)整電容陣列的控制字信號(hào)，通過(guò)調(diào)整后的電容陣列的控制字信號(hào)對(duì)有源RC濾波器頻率響應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。特別地，所述數(shù)字部分包括S_IN生成電路、計(jì)數(shù)器和比較/補(bǔ)償電路，其中S_IN生成電路的輸入端連接時(shí)鐘信號(hào)，以時(shí)鐘信號(hào)為參考進(jìn)行分頻，得到分頻信號(hào)，分頻信號(hào)輸出到所述延時(shí)單元；計(jì)數(shù)器具有三個(gè)輸入端，分別連接所述S_IN生成電路的分頻信號(hào)、所述延時(shí)單元的延時(shí)信號(hào)、以及時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器的輸出端連接到所述比較/補(bǔ)償電路的輸入端；比較/補(bǔ)償電路具有兩個(gè)輸入端，分別連接所述計(jì)數(shù)器的輸出端、以及時(shí)鐘信號(hào)，比較/補(bǔ)償電路的輸出端輸出控制字信號(hào)，控制字信號(hào)同時(shí)送到所述延時(shí)單元的電容陣列控制字端、以及有源RC濾波器電路中電容陣列的控制字端。特別地，所述延時(shí)單元包括電容陣列、NMOS開(kāi)關(guān)管、模擬比較器和充電電流源，其中電容陣列，其容值跟蹤有源RC濾波器電路中電容陣列容值的變化，其負(fù)端接地，并且其容值由控制字信號(hào)進(jìn)行控制；NM0S開(kāi)關(guān)管的源極接地，柵極與分頻信號(hào)電相連，漏極連接所述電容陣列的正端；模擬比較器具有正輸入端和負(fù)輸入端，所述正輸入端與所述電容陣列的正端相連，所述負(fù)輸入端與參考電壓電相連；充電電流源其正端接供電電源，負(fù)端與電容陣列正端相連接。特別地，上述所述充電電流源包括運(yùn)算放大器、電阻、PMOS晶體管和電流鏡，其中運(yùn)算放大器具有正輸入端和負(fù)輸入端，所述正輸入端與帶隙基準(zhǔn)電壓電相連；電阻采用與有源RC濾波器電路中相同的單元電阻，其阻值的變化反映有源RC濾波器電路中電阻值的變化情況，其負(fù)端接地；PMOS晶體管柵極與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，漏極與所述運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端相連，且同時(shí)與電阻的正端連接；電流鏡的IN端與所述PMOS晶體管的源極相連，以所述電阻上電流Is為基準(zhǔn)，按M: I比例生成所述充電電流Ic，從電流鏡的OUT端輸出，其中M為電流鏡CM的電流Is與充電電流Ic之間的比例關(guān)系。本發(fā)明的有益效果在于克服了有源RC濾波器電路由于工藝、電源電壓和溫度等的影響而造成的頻率響應(yīng)的變化，防止了有源RC濾波器的截止頻率的漂移對(duì)電路的影響。


圖I是本發(fā)明利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明中延時(shí)單元電路結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明中充電電流源電路結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)時(shí)序 圖5是本發(fā)明利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)流程圖。其中，圖I至圖3的符號(hào)說(shuō)明如下
A、本發(fā)明的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，I、數(shù)字部分，11、S_IN生成電路，12、計(jì)數(shù)器，13、比較/補(bǔ)償電路，2、延時(shí)單元，21、電容陣列，B、有源RC濾波器電路，BI、電容陣列，Ml、NMOS開(kāi)關(guān)管，I、充電電流源，C0MP、模擬比較器，0PA、運(yùn)算放大器，M2、PMOS晶體管，CM、電流鏡，RES、電阻；CLK、時(shí)鐘信號(hào)，S〈5: 0>、控制字信號(hào)，S_IN、分頻信號(hào)，S_0UT、延時(shí)信號(hào)，VREF、參考電壓，VBG、帶隙基準(zhǔn)電壓，Tl、第一判斷周期，T2、第二判斷周期。
具體實(shí)施例方式如圖I至圖3所示，分別為本發(fā)明利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路、及其中的延時(shí)單元電路、充電電流源電路結(jié)構(gòu)示意圖。一種利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，包括延時(shí)單元2和數(shù)字部分1，其中延時(shí)單元2中的電容陣列21完全復(fù)制有源RC濾波器電路B中的電容陣列BI，且兩者具有相同的控制字信號(hào)S〈5:0> ;數(shù)字部分I生成的分頻信號(hào)S_IN，經(jīng)過(guò)所述延時(shí)單元2的延時(shí)作用，得到延時(shí)信號(hào)S_0UT，反饋到數(shù)字部分1，計(jì)數(shù)器12在此延時(shí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將所得計(jì)數(shù)量與期望的參考計(jì)數(shù)量窗口進(jìn)行比較，相應(yīng)地調(diào)整電容陣列的控制字信號(hào)S〈5:0>，通過(guò)調(diào)整后的電容陣列的控制字信號(hào)S〈5:0>對(duì)有源RC濾波器頻率響應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。所述數(shù)字部分I包括S_IN生成電路11、計(jì)數(shù)器12和比較/補(bǔ)償電路13，其中S_IN生成電路11的輸入端連接時(shí)鐘信號(hào)CLK，以時(shí)鐘信號(hào)CLK為參考進(jìn)行分頻，得到分頻信號(hào)S_IN，分頻信號(hào)S_IN輸出到所述延時(shí)單元2 ;計(jì)數(shù)器12具有三個(gè)輸入端，分別連接所述S_IN生成電路11的分頻信號(hào)S_IN、所述延時(shí)單元2的延時(shí)信號(hào)S_0UT、以及時(shí)鐘信號(hào)CLK，計(jì)數(shù)器12的輸出端連接到所述比較/補(bǔ)償電路13的輸入端；比較/補(bǔ)償電路13具有兩個(gè)輸入端，分別連接所述計(jì)數(shù)器12的輸出端、以及時(shí)鐘信號(hào)CLK，比較/補(bǔ)償電路13的輸出端輸出控制字信號(hào)S〈5:0>，控制字信號(hào)S〈5:0>同時(shí)送到所述延時(shí)單元2的電容陣列21控制字端、以及有源RC濾波器電路B中電容陣列BI的控制字端。
所述延時(shí)單元2包括電容陣列21、NMOS開(kāi)關(guān)管Ml、模擬比較器COMP和充電電流源I，其中電容陣列21，其容值跟蹤有源RC濾波器電路B中電容陣列BI容值的變化，其負(fù)端接地，并且其容值由控制字信號(hào)S〈5:0>進(jìn)行控制；NM0S開(kāi)關(guān)管Ml的源極接地，柵極與分頻信號(hào)S_IN電相連，漏極連接所述電容陣列21的正端；模擬比較器COMP具有正輸入端和負(fù)輸入端，所述正輸入端與所述電容陣列21的正端相連，所述負(fù)輸入端與參考電壓VREF電相連；充電電流源I其正端接供電電源，負(fù)端與電容陣列21正端相連接。所述充電電流源I包括運(yùn)算放大器0PA、電阻RES、PM0S晶體管M2和電流鏡CM，其中運(yùn)算放大器OPA具有正輸入端和負(fù)輸入端，所述正輸入端與帶隙基準(zhǔn)電壓VBG電相連；電阻RES采用與有源RC濾波器電路B中相同的單元電阻，其阻值的變化反映有源RC濾波器電路B中電阻值的變化情況，其負(fù)端接地；PM0S晶體管M2柵極與所述運(yùn)算放大器OPA的輸出端相連，漏極與所述運(yùn)算放大器OPA的負(fù)輸入端相連，且同時(shí)與電阻RES的正端連接；電流鏡CM的IN端與所述PMOS晶體管M2的源極相連，以所述電阻RES上電流Is為基準(zhǔn)，按M: I比例生成所述充電電流I C，從電流鏡CM的OUT端輸出，其中M為電流鏡CM的電流I s 與充電電流Ic之間的比例關(guān)系。如圖4所示，是本發(fā)明利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)時(shí)序圖，包括第一判斷周期Tl和第二判斷周期T2，以下以第一判斷周期Tl為例進(jìn)行說(shuō)明。在圖I中本發(fā)明的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路A，其數(shù)字部分的S_IN生成電路實(shí)質(zhì)為分頻電路，輸入為時(shí)鐘信號(hào)CLK，以時(shí)鐘信號(hào)CLK為參考進(jìn)行分頻，得到分頻信號(hào)S_IN，時(shí)鐘信號(hào)CLK與分頻信號(hào)S_IN之間的時(shí)序關(guān)系圖如圖4所不。分頻信號(hào)S_IN同時(shí)被送到數(shù)字部分I的計(jì)數(shù)器12，以及延時(shí)單元2中。送到數(shù)字部分I的分頻信號(hào)S_IN，其下降沿作為計(jì)數(shù)器12的復(fù)位信號(hào)，如圖4所示，在緊接的下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK的上升沿，計(jì)數(shù)器12開(kāi)始計(jì)數(shù)。而同時(shí)送到延時(shí)單元2的分頻信號(hào)S_IN，其下降沿經(jīng)延時(shí)單元2后，得到一個(gè)經(jīng)歷長(zhǎng)延時(shí)的上升沿，對(duì)應(yīng)圖4中延時(shí)信號(hào)S_0UT的上升沿。具體的工作情況如圖2所示，在分頻信號(hào)S_IN為高電位時(shí)，電容陣列21正端電位通過(guò)導(dǎo)通的NMOS開(kāi)關(guān)管Ml放電到地電位；電容陣列正端電位，此時(shí)為地電位，與參考電壓VREF進(jìn)行比較，經(jīng)模擬比較器COMP后得到低電位輸出。當(dāng)分頻信號(hào)S_IN經(jīng)下降沿到低電位時(shí)，NMOS開(kāi)關(guān)管Ml截止，電容陣列21正端通過(guò)充電電流源I進(jìn)行充電。當(dāng)該電位超過(guò)參考電壓VREF時(shí)，模擬比較器COMP輸出翻轉(zhuǎn)，得到高電位，從而實(shí)現(xiàn)分頻信號(hào)S_IN下降沿到延時(shí)信號(hào)S_0UT上升沿的延時(shí)，如圖4中分頻信號(hào)S_IN下降沿到延時(shí)信號(hào)S_0UT上升沿的延時(shí)。而為了實(shí)現(xiàn)一長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)，使計(jì)數(shù)器能在一定時(shí)間內(nèi)精確計(jì)數(shù)，需要一個(gè)小的電流源，作為充電電流Ic，該充電電流Ic可以通過(guò)圖3中的電路實(shí)現(xiàn)。由于運(yùn)算放大器OPA和PMOS晶體管M2形成電壓跟隨電路，電阻RES正端的電壓將跟隨帶隙基準(zhǔn)電壓VBG，從而在電阻RES上形成電流Is。由于運(yùn)算放大器OPA的輸入端具有虛斷特性，電流Is流經(jīng)PMOS晶體管M2，且完全由電流鏡CM的輸入端IN來(lái)提供，該電流經(jīng)過(guò)電流鏡CM的鏡像作用，得到輸出電流，作為延時(shí)單元2的充電電流Ic。圖3中，帶隙基準(zhǔn)電壓VBG，電阻RES的阻值R和電流Is滿足如下關(guān)系
VlG
Is=~r而充電電流Ic與電流Is之間滿足如下關(guān)系
,- Js VBG
Ic =——=-
Af M*R
其中M為電流鏡CM的電流Is與充電電流Ic之間的比
權(quán)利要求
1.一種利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于包括延時(shí)單元(2)和數(shù)字部分(1)，其中延時(shí)單元(2)中的電容陣列(21)完全復(fù)制有源RC濾波器電路(B)中的電容陣列(BI)，且兩者具有相同的控制字信號(hào)(S〈5:0>);數(shù)字部分(I)生成的分頻信號(hào)(S_IN)，經(jīng)過(guò)所述延時(shí)單元(2)的延時(shí)作用，得到延時(shí)信號(hào)(S_OUT)，反饋到數(shù)字部分(1)，計(jì)數(shù)器(12)在此延時(shí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將所得計(jì)數(shù)量與期望的參考計(jì)數(shù)量窗口進(jìn)行比較，相應(yīng)地調(diào)整電容陣列的控制字信號(hào)(S〈5:0>)，通過(guò)調(diào)整后的電容陣列的控制字信號(hào)(S<5: O〉)對(duì)有源RC濾波器頻率響應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求I所述的利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于所述數(shù)字部分(I)包括S_IN生成電路(11)、計(jì)數(shù)器(12)和比較/補(bǔ)償電路(13)， 其中S_IN生成電路(11)的輸入端連接時(shí)鐘信號(hào)(CLK )，以時(shí)鐘信號(hào)(CLK )為參考進(jìn)行分頻，得到分頻信號(hào)(S_IN)，分頻信號(hào)(S_IN)輸出到所述延時(shí)單元(2)； 計(jì)數(shù)器(12)具有三個(gè)輸入端，分別連接所述S_IN生成電路(11)的分頻信號(hào)(S_IN)、所述延時(shí)單元(2)的延時(shí)信號(hào)(S_OUT)、以及時(shí)鐘信號(hào)(CLK)，計(jì)數(shù)器(12)的輸出端連接到所述比較/補(bǔ)償電路(13)的輸入端； 比較/補(bǔ)償電路(13)具有兩個(gè)輸入端，分別連接所述計(jì)數(shù)器(12)的輸出端、以及時(shí)鐘信號(hào)(CLK)，比較/補(bǔ)償電路(13)的輸出端輸出控制字信號(hào)(S〈5:0>)，控制字信號(hào)(S<5:0 同時(shí)送到所述延時(shí)單元(2)的電容陣列(21)控制字端、以及有源RC濾波器電路(B)中電容陣列(BI)的控制字端。
3.如權(quán)利要求I所述的利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于所述延時(shí)單元(2)包括電容陣列(21)、NMOS開(kāi)關(guān)管(Ml)、模擬比較器(COMP)和充電電流源(I)， 其中電容陣列(21)，其容值跟蹤有源RC濾波器電路(B)中電容陣列(BI)容值的變化，其負(fù)端接地，并且其容值由控制字信號(hào)(S〈5: 0> )進(jìn)行控制； NMOS開(kāi)關(guān)管(Ml)的源極接地，柵極與分頻信號(hào)(S_IN)電相連，漏極連接所述電容陣列(21)的正端； 模擬比較器(COMP)具有正輸入端和負(fù)輸入端，所述正輸入端與所述電容陣列(21)的正端相連，所述負(fù)輸入端與參考電壓(VREF)電相連； 充電電流源(I)其正端接供電電源，負(fù)端與電容陣列(21)正端相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于:所述充電電流源⑴包括運(yùn)算放大器(0PA)、電阻(RES)、PMOS晶體管(M2)和電流鏡(CM)， 其中運(yùn)算放大器(OPA)具有正輸入端和負(fù)輸入端，所述正輸入端與帶隙基準(zhǔn)電壓(VBG)電相連； 電阻(RES)采用與有源RC濾波器電路(B)中相同的單元電阻，其阻值的變化反映有源RC濾波器電路(B)中電阻值的變化情況，其負(fù)端接地； PMOS晶體管(M2)柵極與所述運(yùn)算放大器(OPA)的輸出端相連，漏極與所述運(yùn)算放大器(OPA)的負(fù)輸入端相連，且同時(shí)與電阻(RES)的正端連接； 電流鏡(CM)的IN端與所述PMOS晶體管(M2)的源極相連，以所述電阻(RES)上電流Is為基準(zhǔn)，按M: I比例生成所述充電電流Ic，從電流鏡(CM)的OUT端輸出，其中M為電流鏡CM的電流Is與充電電流Ic之間的比例關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用電容延時(shí)特性實(shí)現(xiàn)有源RC濾波器的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，包括延時(shí)單元和數(shù)字部分，其中延時(shí)單元中的電容陣列完全復(fù)制有源RC濾波器電路中的電容陣列，且兩者具有相同的控制字信號(hào)；數(shù)字部分生成的分頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)所述延時(shí)單元的延時(shí)作用，得到延時(shí)信號(hào)，反饋到數(shù)字部分，計(jì)數(shù)器在此延時(shí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將所得計(jì)數(shù)量與期望的參考計(jì)數(shù)量窗口進(jìn)行比較，相應(yīng)地調(diào)整電容陣列的控制字信號(hào)，通過(guò)調(diào)整后的電容陣列的控制字信號(hào)對(duì)有源RC濾波器頻率響應(yīng)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。其優(yōu)點(diǎn)在于克服了有源RC濾波器電路由于工藝、電源電壓和溫度等的影響而造成的頻率響應(yīng)的變化。
文檔編號(hào)H03L1/00GK102751980SQ20121024277
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月14日
發(fā)明者葉靜, 尹莉, 馬杰, 黃磊 申請(qǐng)人:中科芯集成電路股份有限公司