Rc濾波器數(shù)字調(diào)諧電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路，涉及阻抗網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。所述調(diào)諧電路包括產(chǎn)生周期性數(shù)字波形的積分器電路和窗口比較器電路，所述積分器電路包括PMOS管M1-M4、NMOS管M5、NMOS管M7-M8、電容C、可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref以及誤差放大器U1，所述比較器電路包括比較器U2-U3。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、功耗小、調(diào)諧精度高，特別對(duì)于低頻及多模濾波器來(lái)說(shuō)，本發(fā)明極大地減小了芯片面積，從而較大的降低了成本，可廣泛應(yīng)用與電子、通信等領(lǐng)域中的片內(nèi)有源濾波器中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及阻抗網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路。

【背景技術(shù)】
[0002]為滿(mǎn)足信道選擇和鄰道抑制作用，濾波器必須有精確地截止頻率，而在電路制造過(guò)程中由于工藝偏差及環(huán)境溫度等的影響，電路中電阻電容與設(shè)計(jì)值偏差較大，可達(dá)±40%頻率變化范圍，為將其控制在±3%范圍，必須引入調(diào)諧電路。調(diào)諧電路一般分為有源調(diào)諧和無(wú)源調(diào)諧，由于有源調(diào)諧線性度較差，一般采用無(wú)源調(diào)諧電路，而無(wú)源調(diào)諧電路又分為電阻調(diào)諧和電容調(diào)諧。實(shí)際電路中，雖然相同精度條件下電容的頻率性能要優(yōu)于電阻的頻率特性，然而對(duì)于低頻及多模濾波器來(lái)說(shuō)，在保證噪聲條件下需要較大的電容，進(jìn)而極大地增加了芯片面積。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路，所述調(diào)諧電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、功耗小、調(diào)諧精度高，特別對(duì)于低頻及多模濾波器來(lái)說(shuō)，本發(fā)明極大地減小了芯片面積，從而較大的降低了成本，可廣泛應(yīng)用與電子、通信等領(lǐng)域中的片內(nèi)有源濾波器中。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路。其特征在于:包括產(chǎn)生周期性數(shù)字波形的積分器電路和窗口比較器電路，所述積分器電路包括PMOS管M1-M4' NMOS管M5、NMOS管M7_M8、電容C、可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列RMf以及誤差放大器U1，所述誤差放大器U1的正相輸入端接帶隙電壓VMf，所述誤差放大器仏的反相輸入端接所述電阻陣列R?f的輸入端，誤差放大器U1的輸出端接NMOS管M8的柵極，電阻陣列RMf的輸出端接地；NM0S管M8的源級(jí)接誤差放大器U1的反相輸入端，NMOS管M8的漏極接PMOS管M3的漏極，PMOS管M3的柵極分別與自身的漏極以及PMOS管M4的柵極連接，PMOS管M3的源級(jí)接PMOS管M1的漏極，PMOS管M1的柵極與自身的漏極以及PMOS管M2的柵極連接，PMOS管M1-M2的源級(jí)接電源，PMOS管M2的漏極接PMOS管M4的源級(jí)，PMOS管M4的漏極接NMOS管M5的漏極，NMOS管M5的源級(jí)接電容C的一端，NMOS管M5的柵極接數(shù)字電路的輸出端Vchar，電容C的另一端接地，NMOS管M7的源級(jí)接地，NMOS管M7的漏極接NMOS管M5的源級(jí)，NMOS管M7的柵極接數(shù)字電路的輸出端Vset，數(shù)字電路的信號(hào)輸出端V與電阻陣列Rref的控制端連接；
所述比較器電路包括比較器U2-U3，兩個(gè)比較器的正相輸入端接匪03管仏的源極，比較器隊(duì)的負(fù)相輸入端接帶隙電壓VH，比較器U3的負(fù)相輸入端接帶隙電壓'，比較器U2-U3的輸出信號(hào)發(fā)送給數(shù)字電路。
[0005]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rm包括電阻R1-Rp電阻Rx以及NMOS管M9-M8+n，電阻R1-Rn依次串聯(lián)連接，NMOS管M9的漏極和源級(jí)分別與電阻R1的兩端連接，NMOS管Mltl的漏極和源級(jí)分別與電阻R2的兩端連接，NMOS管M11的漏極和源級(jí)分別與電阻R3的兩端連接，NMOS管M12的漏極和源級(jí)分別與電阻R4的兩端連接，NMOS管M13的漏極和源級(jí)分別與電阻R5的兩端連接，?OS管M14的漏極和源級(jí)分別與電阻R6的兩端連接，依次類(lèi)推，NMOS管M8+n的漏極和源級(jí)分別與電阻Rn的兩端連接；電阻R2的阻值為電阻R1的2倍，電阻R3的阻值為電阻R1的4倍，電阻R4的阻值為電阻R1的8倍，電阻R5的阻值為電阻R1的16倍，電阻R6的阻值為電阻R1的32倍，依次類(lèi)推，電阻Rn的阻值為電阻R1的21^1倍，所述電阻R1的懸空端為電阻陣列RMf的輸入端，所述電阻Rx的懸空端為電阻陣列Rref的輸出端，NMOS管M9-M8+n的柵極為數(shù)據(jù)電路的輸入控制端，η為大于等于I的自然數(shù)。
[0006]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述電容C的精度與RC濾波器中的電容相同。
[0007]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、功耗小、調(diào)諧精度高，特別對(duì)于低頻及多模濾波器來(lái)說(shuō)，本發(fā)明極大地減小了芯片面積，從而較大的降低了成本，可廣泛應(yīng)用與電子、通信等領(lǐng)域中的片內(nèi)有源濾波器中。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0009]圖1是本發(fā)明的電路原理圖；
圖2是圖1中可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref的電路原理圖；
圖3是本發(fā)明詳細(xì)調(diào)諧時(shí)序圖；
圖4是125° ff工藝角下數(shù)字電路輸出的電阻陣列控制字。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0011]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0012]發(fā)明采用電阻調(diào)諧電路。每個(gè)調(diào)諧電路都須有一絕對(duì)基準(zhǔn)，而電路中僅有帶隙電壓和晶振頻率滿(mǎn)足，本發(fā)明選擇與濾波器RC常數(shù)相同的晶振頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電阻陣列以實(shí)現(xiàn)RC調(diào)節(jié)。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路，包括產(chǎn)生周期性數(shù)字波形的積分器電路和窗口比較器電路，所述積分器電路包括PMOS管M1-MpNMOS管M5、NM0S管M7-M8、電容C、可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref以及誤差放大器仏，所述電容C與濾波器中的電容保持相同精度。
[0014]所述誤差放大器U1的正相輸入端接帶隙電壓VMf，所述誤差放大器U1的反相輸入端接所述電阻陣列Rref的輸入端，誤差放大器U1的輸出端接NMOS管隊(duì)的柵極，電阻陣列Rref的輸出端接地；NM0S管M8的源級(jí)接誤差放大器U1的反相輸入端，NMOS管M8的漏極接PMOS管M3的漏極，PMOS管M3的柵極分別與自身的漏極以及PMOS管M4的柵極連接，PMOS管M3的源級(jí)接PMOS管M1的漏極，PMOS管M1的柵極與自身的漏極以及PMOS管M2的柵極連接，PMOS管M1-M2的源級(jí)接電源，PMOS管M2的漏極接PMOS管M4的源級(jí)，PMOS管M4的漏極接NMOS管M5的漏極，NMOS管M5的源級(jí)接電容C的一端，NMOS管M5的柵極接數(shù)字電路的輸出端Vchar，電容C的另一端接地，NMOS管M7的源級(jí)接地，NMOS管M7的漏極接NMOS管M5的源級(jí)，NMOS管M7的柵極接數(shù)字電路的輸出端Vset，數(shù)字電路的信號(hào)輸出端V與電阻陣列RMf的控制端連接。
[0015]所述比較器電路包括比較器U2-U3,兩個(gè)比較器的正相輸入端接NMOS管M5的源極，比較器U2的負(fù)相輸入端接帶隙電壓VH，比較器U3的負(fù)相輸入端接帶隙電壓\，比較器U2-U3的輸出信號(hào)發(fā)送給數(shù)字電路。
[0016]如圖2所示，所述可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref包括電阻RrRn、電阻Rx以及NMOS管M9_M8+n，電阻R1-Rn依次串聯(lián)連接，NMOS管M9的漏極和源級(jí)分別與電阻R1的兩端連接，NMOS管Mltl的漏極和源級(jí)分別與電阻R2的兩端連接，NMOS管M11的漏極和源級(jí)分別與電阻R3的兩端連接，NMOS管M12的漏極和源級(jí)分別與電阻R4的兩端連接，NMOS管M13的漏極和源級(jí)分別與電阻R5的兩端連接，NMOS管M14的漏極和源級(jí)分別與電阻R6的兩端連接，依次類(lèi)推，NMOS管M8+n的漏極和源級(jí)分別與電阻Rn的兩端連接；電阻R2的阻值為電阻R1的2倍，電阻R3的阻值為電阻R1的4倍，電阻R4的阻值為電阻R1的8倍，電阻R5的阻值為電阻R1的16倍，電阻R6的阻值為電阻R1的32倍，依次類(lèi)推，電阻Rn的阻值為電阻R1的211-1倍，所述電阻R1的懸空端為電阻陣列RMf的輸入端，所述電阻Rx的懸空端為電阻陣列Rref的輸出端，NMOS管M9-M8+n的柵極為數(shù)據(jù)電路的輸入控制端，η為大于等于I的自然數(shù)，η的取值需要根據(jù)調(diào)諧精度進(jìn)行確定。
[0017]RC濾波器中的電容/電阻與所述電容/電阻采用相同的工藝材料類(lèi)型，且都由同一種基本單元構(gòu)成，具體電容/電阻為整數(shù)倍個(gè)基本單元并聯(lián)或者串聯(lián)構(gòu)成，在工藝發(fā)生偏差時(shí)，電容/電阻偏差的比例相同，所以所述調(diào)諧電路精度可決定RC濾波器電路中RC常數(shù)的精度。
[0018]電壓Vref、VH, Vl的關(guān)系為:
Vref= (VH +Vl) /2(I)
(VH -Vl) / Vref=所求調(diào)諧精度(2)
所述數(shù)字電路可由具體算法編寫(xiě)Verilog HDL程序，并根據(jù)相關(guān)軟件綜合得到具體電路，由其產(chǎn)生周期性波形信號(hào)V—、Vsrt和一組電阻陣列控制字V [5:0]，分別控制NMOS管Μ5、M7及電阻陣列可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref。
[0019]在所述調(diào)諧電路中，考慮失調(diào)、寄生效應(yīng)及不匹配等因素，電路中各個(gè)管子尺寸必須仔細(xì)設(shè)計(jì)以得到最優(yōu)精度。對(duì)于誤差放大器來(lái)說(shuō)，首先要保證增益和穩(wěn)定性要求，由于主要有隨機(jī)失調(diào)及對(duì)稱(chēng)失調(diào)影響比較結(jié)果，通過(guò)增大輸入管子尺寸、減小過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓可減小隨機(jī)失調(diào)；將比較器中兩運(yùn)放和誤差放大器選擇同一個(gè)運(yùn)放，可降低對(duì)稱(chēng)失調(diào)影響。然而比較器輸入管又不能太，以避免其寄生電容對(duì)電路的影響，因而在比較器和誤差放大器相同時(shí)，必須折中考慮輸入管尺寸。
[0020]所述NMOS管M8在此起電壓轉(zhuǎn)電流作用，應(yīng)選取最小的柵長(zhǎng)及較大的寬長(zhǎng)比以獲得小的阻抗，避免對(duì)電路造成大的影響；所述PMOS管M3和M4為共源共柵管，此處起增加輸出阻抗改進(jìn)直流匹配作用，應(yīng)取較大的寬長(zhǎng)比及柵長(zhǎng)以獲得大的輸出阻抗；對(duì)于PMOS管M1和M2構(gòu)成的電流鏡來(lái)說(shuō)，為確保電流I1U2精確相等，取相同尺寸且選取較大的柵長(zhǎng)和較大的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓以減小失配。
[0021]NMOS管MjPM7在電路中起開(kāi)關(guān)作用，分別對(duì)應(yīng)圖1中的V—、Vsrt，開(kāi)關(guān)管小的尺寸能減小寄生電容及電荷注入效應(yīng)，然此時(shí)開(kāi)啟電阻卻較大，也應(yīng)當(dāng)折中考慮。
[0022]所述圖2為可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列RMf，用以控制電路RC常數(shù)，一般來(lái)說(shuō)，η越大調(diào)諧精度越高，同時(shí)必須保證調(diào)諧精度大于1/21^1,此處η為數(shù)字電路輸出的二進(jìn)制信號(hào)控制位數(shù)，為取得±3%的調(diào)諧精度，η取6 ;控制開(kāi)關(guān)為NMOS開(kāi)關(guān)管M9-M1415由圖2可知:
可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref的最大電阻值 Rmax=Rx +2°R1+21R1+22R1+23R1+24R1+25R1(3 )
可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref的最小電阻值
Rmin= Rx⑷
^-center ^ ^max * ^-min.^\ y
為覆蓋因溫度及工藝角等造成的電阻及電容各±15%的變化，此處取Rmax/ Rmin=2。同時(shí)電阻陣列中開(kāi)關(guān)管寬長(zhǎng)比必須仔細(xì)選取，寬長(zhǎng)比過(guò)大會(huì)引入較大的寄生效應(yīng)，而過(guò)小會(huì)引入較大的開(kāi)關(guān)電阻，從而都將對(duì)RC參數(shù)造成影響。
[0023]具體工作方式為:基準(zhǔn)電壓VMf、Vh、Vl由數(shù)據(jù)電路帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生，分別連接誤差放大器U1正相輸入端和比較器中兩個(gè)運(yùn)放U2-U3的負(fù)相輸入端，誤差放大器U1負(fù)相輸入端接電阻陣列Rref輸入端，可以得到基準(zhǔn)電流I1=URrf通過(guò)其鏡像電流給電容c充電可得到電壓VMP，比較器通過(guò)比較Vh、\及Veap，將輸出結(jié)果送入數(shù)字電路中產(chǎn)生6位二進(jìn)制控制字返回到電阻陣列的開(kāi)關(guān)管。當(dāng)Vmp大于Vh或小于\時(shí)，通過(guò)對(duì)電阻陣列的調(diào)節(jié)，分另IJ增加或減小電阻陣列的控制字，最終使Vmp處于Vh、八之間，其過(guò)程可由式(6)- (9)描述:
Vcap = Δ Q/C = I2 Δ t/C = I1 Δ t/C = Vref Δ t/RrefC(6)
由式(6)可得:
Vcap/ Vref = Δ t/RrefC(7)
經(jīng)過(guò)調(diào)諧后，電路最終有:
Vcap/ Vref = I(8)
由式(7)、(8)可得:
At= RrefC(9)
其中，Λ t為充電時(shí)間，是時(shí)鐘周期的倍數(shù)，電阻陣列Rref與濾波器中的電阻陣列相同；電容C與濾波器核心電路中電容都取最小電容，從而確保其相對(duì)精度相同。經(jīng)過(guò)調(diào)諧之后，調(diào)諧電路時(shí)間常數(shù)RMfC由Λ t確定，而RrefC精度與濾波器核心電路中時(shí)間常數(shù)精度相同。因At由晶振頻率決定，則理論上濾波器截止頻率與晶振頻率精度相當(dāng)。本電路實(shí)際調(diào)諧精度取決于(Vh-VJ/Vief的比值，通過(guò)合理選取所述基準(zhǔn)電壓的大小，最終可達(dá)到小于±3%的精度。
[0024]從圖3可知，比較一次需10個(gè)時(shí)鐘周期，由于最多需要比較26即64次，當(dāng)取晶振頻率19.2M時(shí)，最大調(diào)諧時(shí)間為33.4 μ S。
[0025]圖4所示為本發(fā)明調(diào)諧電路125° ff工藝角下最終輸入給調(diào)諧電阻陣列的調(diào)諧控制字波形圖，其中VO、V1、V2、V3、V4、V5分別對(duì)應(yīng)圖2開(kāi)關(guān)電阻陣列相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管；圖4中的調(diào)諧控制字為010011，0、1分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)開(kāi)關(guān)管的斷開(kāi)與閉合。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、功耗小、調(diào)諧精度高，特別對(duì)于低頻及多模濾波器來(lái)說(shuō)，本發(fā)明極大地減小了芯片面積，從而較大的降低了成本，可廣泛應(yīng)用與電子、通信等領(lǐng)域中的片內(nèi)有源濾波器中。
【權(quán)利要求】
1.一種RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路，其特征在于:包括產(chǎn)生周期性數(shù)字波形的積分器電路和窗口比較器電路，所述積分器電路包括PMOS管M1-M4' NMOS管M5、NMOS管M7_M8、電容C、可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref以及誤差放大器U1，所述誤差放大器U1的正相輸入端接帶隙電壓VMf，所述誤差放大器仏的反相輸入端接所述電阻陣列Rref的輸入端，誤差放大器U1的輸出端接NMOS管M8的柵極，電阻陣列Rref的輸出端接地；NM0S管M8的源級(jí)接誤差放大器U1的反相輸入端，NMOS管M8的漏極接PMOS管M3的漏極，PMOS管M3的柵極分別與自身的漏極以及PMOS管M4的柵極連接，PMOS管M3的源級(jí)接PMOS管M1的漏極，PMOS管M1的柵極與自身的漏極以及PMOS管M2的柵極連接，PMOS管M1-M2的源級(jí)接電源，PMOS管M2的漏極接PMOS管M4的源級(jí)，PMOS管M4的漏極接NMOS管M5的漏極，NMOS管M5的源級(jí)接電容C的一端，NMOS管M5的柵極接數(shù)字電路的輸出端Vchar，電容C的另一端接地，NMOS管M7的源級(jí)接地，NMOS管M7的漏極接NMOS管M5的源級(jí)，NMOS管M7的柵極接數(shù)字電路的輸出端Vset，數(shù)字電路的信號(hào)輸出端V與電阻陣列RMf的控制端連接； 所述比較器電路包括比較器U2-U3，兩個(gè)比較器的正相輸入端接匪03管仏的源極，比較器隊(duì)的負(fù)相輸入端接帶隙電壓VH，比較器U3的負(fù)相輸入端接帶隙電壓'，比較器U2-U3的輸出信號(hào)發(fā)送給數(shù)字電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路，其特征在于:所述可編程開(kāi)關(guān)電阻陣列Rref包括電阻RrRn、電阻Rx以及NMOS管M9-M8+n，電阻R1-Rn依次串聯(lián)連接，NMOS管M9的漏極和源級(jí)分別與電阻R1的兩端連接，NMOS管Mltl的漏極和源級(jí)分別與電阻R2的兩端連接，NMOS管M11的漏極和源級(jí)分別與電阻R3的兩端連接，NMOS管M12的漏極和源級(jí)分別與電阻R4的兩端連接，NMOS管M13的漏極和源級(jí)分別與電阻R5的兩端連接，NMOS管M14的漏極和源級(jí)分別與電阻R6的兩端連接，依次類(lèi)推，?OS管M8+n的漏極和源級(jí)分別與電阻Rn的兩端連接；電阻R2的阻值為電阻R1的2倍，電阻R3的阻值為電阻R1的4倍，電阻R4的阻值為電阻R1的8倍，電阻R5的阻值為電阻R1的16倍，電阻R6的阻值為電阻R1的32倍，依次類(lèi)推，電阻Rn的阻值為電阻R1的2n_i倍，所述電阻R1的懸空端為電阻陣列Rref的輸入端，所述電阻Rx的懸空端為電阻陣列Rref的輸出端，NMOS管M9-M8+n的柵極為數(shù)據(jù)電路的輸入控制端，η為大于等于I的自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RC濾波器數(shù)字調(diào)諧電路，其特征在于:所述電容C的精度與RC濾波器中的電容相同。
【文檔編號(hào)】H03H11/04GK104202014SQ201410489061
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】高博, 葉向陽(yáng), 張?jiān)谟? 曲韓賓, 耿雙利, 盧東旭, 左玉多 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所