本發(fā)明涉及電路設計技術領域，尤其涉及一種濾波裝置及濾波方法。

背景技術：

在ic(integratedcircuit，集成電路)設計中，必須在有限的區(qū)域內設計包含數(shù)以百計的電路模塊的電路。rc(resistor-capacitor，電阻電容)lpf(low-passfilter，低通濾波器)是最常見的用來濾除不期望的噪聲的濾波器，但是在更先進的ic技術中，電阻器花費更大的面積。因此，本領域需要一種濾波技術，能夠降低濾波器(如基于rc的濾波器)的面積，同時也能夠有效地濾除不期望的噪聲。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種濾波裝置及濾波方法，能夠有效地限制其所消耗的面積，同時能夠有效地濾除不期望的噪聲。

本發(fā)明實施例提供了一種濾波裝置，包括：低通濾波器，用于接收預濾波信號，并對該預濾波信號進行濾波以產(chǎn)生該濾波裝置的輸出信號；噪聲估計電路，用于根據(jù)該輸出信號和該預濾波信號，產(chǎn)生估計的噪聲信號；以及第一組合電路，用于從該濾波裝置的輸入信號中減去該估計的噪聲信號以產(chǎn)生該預濾波信號。

其中，該噪聲估計電路包括：第二組合電路，用于從該預濾波信號中減去該輸出信號以產(chǎn)生該估計的噪聲信號。

其中，該噪聲估計電路包括：放大電路，用于放大該輸出信號以產(chǎn)生放大了的輸出信號；以及第二組合電路，用于從該預濾波信號中減去該放大了的輸出信號以產(chǎn)生該估計的噪聲信號。

其中，該噪聲估計電路包括：放大電路，用于放大該預濾波信號以產(chǎn)生放大了的預濾波信號；以及第二組合電路，用于從該放大了的預濾波信號中減去該輸出信號以產(chǎn)生該噪聲估計信號。

其中，該噪聲估計電路包括：第一放大電路，用于放大該輸出信號以產(chǎn)生該放大了的輸出信號；第二放大電路，用于放大該預濾波信號以產(chǎn)生放大了的預濾波信號；以及第二組合電路，用于從該放大了的預濾波信號中減去該放大了的輸出信號以產(chǎn)生該估計的噪聲信號。

其中，該第二放大電路的增益減去該第一放大電路的增益所得的差大于﹣1。

其中，該輸入信號，該預濾波信號以及該輸出信號為電流信號。

其中，該第一組合電路包括：互連節(jié)點，用于接收該估計的噪聲信號以及該預濾波信號，其中該輸入信號從該互連節(jié)點排出。

其中，該第二組合電路包括：互連節(jié)點，用于接收該放大了的預濾波信號，其中該放大了的輸出信號和該估計的噪聲信號從該互連節(jié)點排出。

其中，該輸入信號，該預濾波信號以及該輸出信號為電壓信號。

本發(fā)明提供了一種濾波裝置，包括：低通濾波器，用于從互連節(jié)點接收預濾波信號，并對該預濾波信號進行濾波以產(chǎn)生該濾波裝置的輸出信號；反饋電路，用于接收該輸出信號以產(chǎn)生反饋信號；以及電阻電路，耦接在該濾波裝置的輸入信號和該反饋信號之間，以在該互連節(jié)點產(chǎn)生該預濾波信號；其中，該輸入信號，該預濾波信號以及該輸出信號為電壓信號。

其中，該電阻電路包括：第一電阻器，一端耦接至該互連節(jié)點，另一端耦接該輸入信號；以及第二電阻器，一端耦接該互連節(jié)點，另一端耦接該反饋信號。

其中，進一步包括：緩沖器，耦接在該輸入信號與該第一電阻器之間。

其中，該反饋電路包括：反饋緩沖器，用于根據(jù)該輸出信號產(chǎn)生該反饋信號。

其中，該低通濾波器包括：電阻器，耦接在該輸出信號與該互連節(jié)點之間；以及電容器，耦接在該輸出信號和參考電壓之間。

本發(fā)明提供了一種濾波方法，包括：對預濾波信號執(zhí)行低通濾波操作以產(chǎn)生輸出信號；根據(jù)該輸出信號和該預濾波信號，得到估計的噪聲信號；以及從輸入信號中減去該估計的噪聲信號以產(chǎn)生該預濾波信號。

其中，所述根據(jù)該輸出信號和該預濾波信號，得到估計的噪聲信號，包括：使用第一增益放大該輸出信號以得到放大了的輸出信號；使用第二增益放大該預濾波信號以產(chǎn)生放大了的預濾波信號；以及從該放大了的預濾波信號中減去該放大了的輸出信號以產(chǎn)生該估計的噪聲信號。

其中，該第二增益減去該第一增益的差大于﹣1。

其中，該輸入信號，該預濾波信號以及該輸出信號為電流信號。

本發(fā)明實施例提供了一種濾波方法，包括：從互連節(jié)點接收預濾波信號，并對該預濾波信號進行濾波以產(chǎn)生輸出信號；根據(jù)該輸出信號，產(chǎn)生反饋信號；以及使用耦接在該輸入信號和該反饋信號之間的電阻電路來在該互連節(jié)點產(chǎn)生該預濾波信號；其中，該輸入信號，該預濾波信號以及該輸出信號為電壓信號。

本發(fā)明實施例的有益效果是：

本發(fā)明實施例的濾波裝置采用前向反饋技術，以在輸入信號流入電路時從輸入信號中減去噪聲，從而有效地降低噪聲和限制濾波裝置的面積。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的濾波裝置的結構示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的濾波裝置(主要示出了噪聲估計電路)的結構示意圖；

圖3是根據(jù)圖1和2所示的濾波裝置所實現(xiàn)的濾波裝置的電路圖；

圖4是圖2所示的濾波裝置的簡化電路；

圖5是圖3所示的濾波裝置的簡化電路；

圖6是圖4所示的濾波裝置的簡化電路；

圖7是根據(jù)圖6所示的濾波裝置所實現(xiàn)的濾波裝置的電路圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本申請說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不以名稱的差異作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及權利要求當中所提及的“包括”、“包含”為一開放式的用語，故應解釋成“包括(含)但不限定于”。另外，“耦接”一詞在此為包括任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接至該第二裝置，或透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的濾波裝置100的結構示意圖。該濾波裝置100可以為前饋式(feed-forward)濾波裝置。如圖1所示，該濾波裝置100包括：lpf(low-passfilter，低通濾波器)101，噪聲估計電路102和組合電路(combiningcircuit)103，其中l(wèi)pf101接收預濾波(pre-filtering)信號spre并對其進行濾波以產(chǎn)生輸出信號sout；該噪聲估計電路102根據(jù)該輸出信號sout和該預濾波信號spre產(chǎn)生估計的噪聲信號snoise；以及該組合電路103從輸入信號sin中減去該估計的噪聲信號snoise以產(chǎn)生該預濾波信號spre。需要注意的是，此處示出的該預濾波信號spre，該輸出信號sout和該輸入信號sin可以為電壓信號(如，vpre，vout和vin)或電流信號(如，ipre，iout及iin)。當輸入信號sin流入電路時，通過從輸入信號sin中減去噪聲估計電路102所產(chǎn)生的該估計的噪聲信號snoise，可以顯著地降低噪聲。

圖2是濾波裝置100的實施例的結構示意圖，其示意了噪聲估計電路102的結構。如圖2所示，該噪聲估計電路102可以使用放大電路201和202以及組合電路203來實現(xiàn)。該放大電路201的增益為β1，同時該放大電路202的增益為β2。該放大電路201用來放大輸出信號sout以產(chǎn)生放大了的輸出信號samp.out，其中samp.out＝β1*sout。該放大電路202用于放大預濾波信號spre以產(chǎn)生放大了的預濾波信號samp.pre，其中samp.pre＝β2*spre。該組合電路203用來從放大了的預濾波信號samp.pre中減去放大了的輸出信號samp.out以產(chǎn)生如圖2中所示的估計的噪聲信號snoise。需要注意的是，圖2所示的噪聲估計電路102的配置僅是出于說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。在一個實施例中，放大電路201和202均可以由單位增益緩沖器(unity-gainbuffer)替代。在另一實施例中，放大電路201和202為可選的元件。例如，僅使用放大電路201，而預濾波信號spre則直接注入組合電路203，并且組合電路203從預濾波信號spre中減去放大了的輸出信號samp.out，其中預濾波信號spre由組合電路203接收。對于另一示例，僅使用放大電路202，而輸出信號sout直接注入組合電路203，并且組合電路203可以從放大了的預濾波信號samp.pre中減去輸出信號sout，其中輸出信號sout由組合電路203接收。對于進一步的示例，均不使用放大電路201和202，則組合電路203從預濾波信號spre中減去輸出信號sout，其中輸出信號sout和預濾波信號spre均由組合電路203接收。

在自未經(jīng)濾波的預濾波信號spre(或者放大了的預濾波信號samp.pre)中減去由lpf101濾波了的輸出信號sout(或者放大了的輸出信號samp.out)之后，可以提取出估計的噪聲信號snoise。

圖3是根據(jù)圖1和2中所示的濾波裝置所實現(xiàn)的濾波裝置300的電路圖。在圖3的實施例中，預濾波信號spre，輸出信號sout，估計的噪聲信號snoise以及輸入信號sin均為電流信號，即圖3所標記的預濾波信號ipre，輸出信號iout，估計的噪聲信號inoise以及輸入信號iin。如圖3所示，該濾波裝置300主要由多個電流鏡組成，該多個電流鏡包含晶體管mp1，mp2，mp3，mp4，mn1和mn2，其中mp1，mp2，mp3和mp4為pmos(p-channelmetaloxidesemiconductor，p溝道金屬氧化物半導體)晶體管，mn1和mn2為nmos(n-channelmetaloxidesemiconductor，n溝道金屬氧化物半導體)晶體管。在本實施例中，濾波裝置300包括：lpf301，噪聲估計電路302和組合電路303，其中l(wèi)pf301為由電阻器r1和電容器c1組成的無源rc(電阻-電容)濾波器；該噪聲估計電路302由晶體管mp3、晶體管mn1和由節(jié)點n2所實現(xiàn)的組合電路302_1組成，其中，節(jié)點n2用來排出(draining)和接收電流；以及組合電路303由節(jié)點n1來實現(xiàn)。如在圖2的實施例中所述，噪聲估計電路302中的晶體管mp3被當作放大電路202，用來根據(jù)其溝道寬度或長度，放大由晶體管mp2產(chǎn)生的電流信號ipre。晶體管mp3的溝道寬度可以被配置為是晶體管mp2的溝道寬度的β2倍。這樣，當晶體管mp2產(chǎn)生的電流為ipre時，晶體管mp3產(chǎn)生的電流為β2*ipre。lpf301耦接在晶體管mp1和mp2之間。lpf301經(jīng)由節(jié)點n3接收預濾波信號ipre，并對該預濾波信號ipre進行濾波以在節(jié)點n4產(chǎn)生濾波了的信號。晶體管mp1接收該濾波了的信號以產(chǎn)生輸出信號iout。使用電流鏡的功能，晶體管mp4復制輸出信號iout的電流并也產(chǎn)生輸出信號iout。輸出信號iout經(jīng)由晶體管mp4和mn2的漏極端流動；在一個實施例中，晶體管mp4和mp1的溝道寬度相同，以直接在晶體管mp4的漏極端上鏡像電流信號iout。通過配置晶體管mn1的溝道寬度為晶體管mn2的溝道寬度的β1倍，即當晶體管mn2的溝道寬度標記為1時，晶體管mn1的溝道寬度標記為β1，從晶體管mn1的漏極端產(chǎn)生電流β1*iout。請注意，晶體管mp4和mn2的溝道寬度以及晶體管mp4和mn2提供的增益，均應當服從電路設計，并且可以相應地變化。根據(jù)基爾霍夫電路定律，估計的噪聲信號inoise從組合電路302_1中含有的節(jié)點n2流向組合電路303中含有的節(jié)點n1，因此根據(jù)估計的噪聲信號inoise和預濾波信號ipre的電流信號iin從節(jié)點n1流出。

以下的說明基爾霍夫電路規(guī)律的電流方程可以更清楚地解釋圖3的實施例。

iin(s)-inoise(s)＝ipre(s)(1)

inoise(s)＝β2*ipre(s)-β1*iout(s)(2)

iout(s)＝h(s)*ipre(s)(3)

其中h(s)為lpf301的轉移函數(shù)，s表示拉普拉斯轉移(laplacetransform)因子。

根據(jù)上面的方程(1)～(3)，輸出信號iout和輸入信號iin之間的關系可以寫成如下：

其中，δβ＝β2-β1；ωp是lpf301的-3db頻寬。根據(jù)方程(4)，濾波裝置300的-3db頻率ω-3db為：

根據(jù)方程(5)，當β1＝β2時，濾波裝置300的-3db頻率可以減小(1+β2)倍，如此可以有效地降低噪聲。需要注意的是，在本實施例中，δβ需要大于-1，否則在濾波裝置300中可能發(fā)生正反饋。

圖4是濾波裝置400的實施例的結構示意圖，其為圖2所示電路的簡化電路。再次參考圖2，通過將組合電路103和203組合，可以相應地簡化濾波裝置100。如圖4所示，該濾波裝置400包括：lpf401，組合電路402以及放大電路403和404，其中放大電路403的增益為1/(1+β2)，同時放大電路404的增益為β1?；谙嗤脑?，通過將圖3所示的組合電路303和302_1組合可以如此簡化濾波裝置300。

圖5是濾波裝置500的結構示意圖，其為圖3所示的電路的簡化電路。如圖5所示，該濾波裝置500主要由含有晶體管mp1′,mp2′,mp3′,mn1′和mn2′的多個電流鏡組成，其中晶體管mp1′,mp2′,mp3′為pmos晶體管，而晶體管mn1′和mn2′為nmos晶體管。圖3和圖5實施例之間的差別在于：根據(jù)組合圖4中的兩個電路的概念，可以將圖3中所示的2個晶體管mp2和mp3組合為單個晶體管mp2′。在將晶體管mp2和mp3組合為晶體管mp2′之后，如此濾波裝置500包括：由節(jié)點n5實現(xiàn)的組合電路501，該節(jié)點n5的功能類似/相同于組合電路402的功能，用來組合電流iin和β1*iout。該濾波裝置500包括：放大電路502，由晶體管mn1′來實現(xiàn)，其功能類似/相同于放大電路404的功能，用來將輸出信號iout放大β1倍。如同在圖3的實施例中所描述的，lpf301在節(jié)點n4產(chǎn)生濾波了的信號，晶體管mp1′接收該濾波了的信號以產(chǎn)生輸出信號iout。使用電流鏡的功能，晶體管mp3′復制該輸出信號iout的電流，并且也產(chǎn)生輸出信號iout。該輸出信號iout經(jīng)由晶體管mp3′和mn2′的漏極端流動。在閱讀了上述段落之后，本領域技術人員能夠容易地理解圖5所示電路的詳細操作；因此，出于簡潔而省略詳細描述。

圖3和5所示的實施例由多個電流鏡來實現(xiàn)；但是，兩種實現(xiàn)均難以應用至對電壓信號的濾波。在實際中，對于輸入信號sin，預濾波信號spre和輸出信號sout為電壓信號而非電流信號的情形，條件β1＝β2可以用來簡化濾波裝置400。

在β1＝β2的條件下，圖4所示的濾波裝置400可以簡化為圖6所示的電路600。該濾波裝置600包括：lpf601，反饋路徑602，組合電路603和604，以及放大電路605。其中，lpf601用于接收預濾波信號spre并對其進行濾波以產(chǎn)生輸出信號sout，該輸出信號sout通過反饋路徑602送至組合電路603和604。組合電路603用于從輸入信號sin中減去輸出信號sout以產(chǎn)生信號sx。放大電路605用于放大信號sx以產(chǎn)生信號sy，并且組合電路604用來組合信號sy和輸出信號sout以產(chǎn)生預濾波信號spre。需要注意的是，在本實施例中，輸入信號sin，信號sx和sy，預濾波信號spre和輸出信號sout可以為電壓信號。以下方程描述了根據(jù)圖6實施例的預濾波信號spre和輸出信號sout之間的關系。

根據(jù)方程(6)，可以容易地實現(xiàn)用來對電壓信號而非電流信號進行濾波的濾波裝置。圖7是根據(jù)圖6所示的濾波裝置所實施的濾波裝置700的電路圖。在圖7的實施例中，預濾波信號spre，輸出信號sout，以及輸入信號sin可以為電壓信號，即在圖7中標記為預濾波信號vpre，輸出信號vout，以及輸入信號vin，其中l(wèi)pf701為無源rc濾波器，包括：電阻器r2和電容器c2；反饋電路702包括：反饋緩沖器712；電阻電路703包括：多個電阻器rx和ry。更具體地，lpf701用來接收預濾流信號vpre并對其進行濾波以產(chǎn)生輸出信號vout。在反饋電路702中包含的反饋緩沖器712用來將輸出信號vout發(fā)送至電阻電路703。電阻器rx和ry串聯(lián)并且耦接在輸出信號vout和輸入信號vin之間，并且電阻器rx和ry充當分壓器，以對電壓進行分壓，從而產(chǎn)生圖7所示的預濾波信號vpre。以下方程描述了根據(jù)圖7實施例的輸入信號vin和輸出信號vout之間的關系。

其中，h(s)為lpf701的轉移函數(shù)。

根據(jù)方程(7)和(8)，可以推理出：

基于方程(9)，濾波裝置700的-3db頻率可以減少1/(1+β2)倍，從而顯著地降低噪聲。

在實際中，輸入信號vin可能并沒有足夠的驅動能力；因此，如圖7所示，該濾波裝置700可以進一步包括：緩沖器704，耦接在輸入信號vin和電阻器rx之間，用來增加輸入信號vin的驅動能力。

需要注意的是，在圖3、5和7的實施例中，lpf301、501和701可以為無源rc濾波器。但是，這僅是出于說明的是目的，而不是對本發(fā)明的限制。在其他實施例中，lpf可以由諸如有源lpf等其他電路來實現(xiàn)。

簡言之，本發(fā)明實施例公開了使用前向反饋技術的濾波裝置，以在輸入信號流入電路時從輸入信號中減去噪聲。如此，可以有效地降低噪聲而無需增加lpf中包含的電阻器的阻值，并且也可以有效地限制ic中l(wèi)pf的消耗面積。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。