一种可重构RC自动校准复数带通滤波器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，包括接收并输出两路正交信号的可重构复数带通滤波电路，根据时钟频率CLK产生RC时间常数的相对大小DIR信号和停止校准STOP信号的RC校准模拟电路，以及接收该相对大小DIR信号和停止校准STOP信号并向可重构复数带通滤波电路和RC校准模拟电路均输出S[N:0]信号的数字双向计数器模块。本实用新型专利技术巧妙设计了可重构复数带通滤波电路，既能够有效滤除接收机中的镜像信号，又能通过开关控制重构为发射机使用的低通滤波器，实现滤波器的收发共用，有效减小芯片面积；同时电路还能够通过自动校准RC时间常数的方法消除工艺偏差和电压、温度等的变化对滤波器频率特性的影响，使滤波器中心频率和带宽保持恒定。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构RC自动校准复数带通滤波器
本技术涉及集成电路
，具体地讲，是涉及一种可重构RC自动校准复数带通滤波器。
技术介绍
当今无线通讯系统接收机芯片中，为了实现高度的集成化，通常采用零中频接收机(ZeroIF)和低中频接收机(LowIF)。零中频接收机较好的解决了镜像信号的干扰问题，但是会受到直流偏移及1/f噪声的影响；低中频接收机下变频后的中频信号没有直流分量，因此可避免直流偏移及1/f噪声的问题，但是会受到镜像信号(ImageSignal)的干扰，因此对镜像信号的抑制和滤波是低中频接收机需要处理的重要问题。低中频接收机芯片架构在无线通讯领域已经获得广泛的应用，为了对镜像信号进行滤波，现阶段最普遍的做法是如图1所示接收机采用正交下变频结构，使中频有用信号和镜像信号分别位于正负频率的对称位置，再通过复数滤波器来处理该中频正交信号(IQSignal)，利用复数滤波器对正负频率分量不同的幅频响应特性滤除镜像干扰信号。此外接收机为了使模数转换(ADC)前的信号幅度稳定，会采用自动增益控制(AGC)，通常是根据信号幅度大小动态的控制中频可变增益放大电路(VGA)的增益，因此为了减小芯片的面积，要求复数滤波器同时具有增益控制功能。发射机芯片的设计上，目前应用最广泛的就是如图1所示的直接上变频结构，数字基带信号首先由数模转换电路(DAC)转换为模拟信号，再经过低通滤波器(LPF)进行滤波和整形，然后由正交上变频器调制到射频频率，最后由功率放大器发射出去。由图1的收发机芯片系统结构图可知，系统中存在两个中频滤波器，一个接收复数滤波器，一个发射低通滤波器，由于这两个滤波器的工作频率都很低，因此电路会占用较多的芯片面积。在很多无线收发应用中，收发机的工作模式为半双工模式，典型的例子是对讲机系统，该模式的收发机芯片在同一时刻只能接收信号或者只能发射信号，因此在设计时可以通过将接收和发射滤波器重构共用以达到减小芯片面积和成本的目的。实际半导体芯片制造工艺中，集成的电阻，电容以及有源器件MOS管等都会产生工艺偏差，最多偏差可达到20％，同时器件也会受到温度，电压等环境因数的影响而产生偏差，这些偏差最终将导致复数滤波器的带宽和中心频率发生改变，特别是对于窄带无线通信系统来说可能导致有用信号完全处于滤波器的通频带以外，使信号发生严重衰减，甚至被完全滤除，严重影响接收机的信噪比和数据通信误码率。因此芯片上集成的复数滤波器必须具有自动校准功能，通过校准系统自动校准RC时间常数，使滤波器的中心频率和带宽始终保持恒定。
技术实现思路
为克服现有技术中的上述问题，本技术提供一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，其既能够有效滤除接收机中的镜像信号，又能够通过开关控制重构为发射机使用的低通滤波器，实现滤波器的收发共用，有效减小芯片面积。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，包括接收并输出两路正交信号的可重构复数带通滤波电路，根据时钟频率CLK产生RC时间常数的相对大小DIR信号和停止校准STOP信号的RC校准模拟电路，以及接收该相对大小DIR信号和停止校准STOP信号并向可重构复数带通滤波电路和RC校准模拟电路均输出S[N:0]信号的数字双向计数器模块，其中，所述可重构复数带通滤波电路由N级双二阶复数滤波单元级联而成，每级双二阶复数滤波单元均接收一个完整的S[N:0]信号。进一步地，所述双二阶复数滤波单元包括构造完全相同的上二阶有源RC低通滤波器和下二阶有源RC低通滤波器，以及连接于上二阶有源RC低通滤波器和下二阶有源RC低通滤波器之间的用于中心频率搬移的串联的反馈电阻Rf和重构开关SW，其中，上二阶有源RC低通滤波器和下二阶有源RC低通滤波器分别各自接入和输出一路正交信号；所述串联的反馈电阻Rf和重构开关SW有四组，分别连接于上二阶有源RC低通滤波器的第一阶输入端和下二阶有源RC低通滤波器的第一阶输出端之间、下二阶有源RC低通滤波器的第一阶输入端和上二阶有源RC低通滤波器的第一阶输出端之间、上二阶有源RC低通滤波器的第二阶输入端和下二阶有源RC低通滤波器的第二阶输出端之间、下二阶有源RC低通滤波器的第二阶输入端和上二阶有源RC低通滤波器的第二阶输出端之间。进一步地，所述上二阶有源RC低通滤波器由构成二阶的两个全差分运算放大器OPA、两个输入电阻R1、四个反馈电阻R、四个反馈电容阵列C和两个品质因数调节电阻R2组成，其中，两个输入电阻R1分别连接于第一阶全差分运算放大器OPA的正输入端和负输入端并分别接入该路正交信号对应的正负信号；四个反馈电阻R分别在第一阶OPA正输入端和第二阶OPA负输出端之间、第一阶OPA负输入端和第二阶OPA正输出端之间、第一阶OPA负输出端和第二阶OPA负输入端之间、第一阶OPA正输出端和第二阶OPA正输入端之间各连接一个；四个反馈电容阵列C分别在同一阶的正输入端和负输出端之间、同一阶的负输出端和正输入端之间各连接一个；两个品质因数调节电阻R2分别与第二阶OPA上连接的两个反馈电容阵列C并联。通过分别调整每级双二阶复数滤波单元的截止频率fBw和品质因数Q可以得到切比雪夫、巴特沃斯、高斯等不同特性的整体滤波器幅频响应曲线。当重构开关SW处于断开状态时，该双二阶复数滤波单元配置为两个二阶有源RC低通滤波器。其截止频率为1/2πRC，通过调整RC的取值可以得到系统所要求的低通滤波器带宽；滤波器的品质因数Q＝R2/R，其可以控制滤波器的过冲范围，通过调整电阻R2的取值可以优化滤波器的品质因数；滤波器的增益G＝R/R1，R1为开关控制的可变电阻，通过控制R1的阻值可以实现滤波器增益的控制，完成中频可变增益放大电路(VGA)的功能。当重构开关SW处于闭合状态时，该双二阶复数滤波单元配置为复数带通滤波器，用于接收机的带通滤波和镜像信号抑制滤波，此时一路正交I信号通道的一OPA正输出端通过反馈电阻Rf反馈到另一路正交Q信号通道的同阶OPA的负输入端，正交I信号通道的一OPA负输出端通过反馈电阻Rf反馈到正交Q信号通道的同阶OPA的正输入端，正交Q信号通道的OPA输出以相同方式反馈到正交I信号通道的OPA输入。反馈电阻Rf具有复数频率搬移作用，能够将二阶有源RC低通滤波器的中心频率从0频率搬移到f0＝1/2πRfC的频率处，此时复数带通滤波器的带宽变为2倍低通截止频率，即fBw＝1/πRC，因此通过调节RC的取值可以获得系统所需的带通滤波器带宽，通过调节Rf的阻值可以调节带通滤波器的中心频率。综上所述，本技术中的可重构复数带通滤波电路可独立的调节其带宽、中心频率、品质因数和增益，具有极高的灵活性，为了消除半导体制造工艺对电阻阻值的偏差影响，复数带通滤波器中所有的电阻R、R1、R2和Rf都采用相同电阻类型，同时每个电阻都由标准单位电阻R0通过串联和并联的方式得到所需阻值，因此所有电阻之间成严格的比例关系，只需校准其中一个电阻则可完成所有电阻的校准。更进一步地，所述电容阵列由1个主电容支路和N+1个开关电容支路并联构成，其中，主电容支路配置为主电容C1，开关电容支路由支路电容C1N和受S[N:0]信号控制的二进制开关S<N>串联构成；所述支路电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，其特征在于，包括接收并输出两路正交信号的可重构复数带通滤波电路，根据时钟频率CLK产生RC时间常数的相对大小DIR信号和停止校准STOP信号的RC校准模拟电路，以及接收该相对大小DIR信号和停止校准STOP信号并向可重构复数带通滤波电路和RC校准模拟电路均输出S[N:0]信号的数字双向计数器模块，其中，所述可重构复数带通滤波电路由N级双二阶复数滤波单元级联而成，每级双二阶复数滤波单元均接收一个完整的S[N:0]信号。

【技术特征摘要】
1.一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，其特征在于，包括接收并输出两路正交信号的可重构复数带通滤波电路，根据时钟频率CLK产生RC时间常数的相对大小DIR信号和停止校准STOP信号的RC校准模拟电路，以及接收该相对大小DIR信号和停止校准STOP信号并向可重构复数带通滤波电路和RC校准模拟电路均输出S[N:0]信号的数字双向计数器模块，其中，所述可重构复数带通滤波电路由N级双二阶复数滤波单元级联而成，每级双二阶复数滤波单元均接收一个完整的S[N:0]信号。2.根据权利要求1所述的一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，其特征在于，所述双二阶复数滤波单元包括构造完全相同的上二阶有源RC低通滤波器和下二阶有源RC低通滤波器，以及连接于上二阶有源RC低通滤波器和下二阶有源RC低通滤波器之间的用于中心频率搬移的串联的反馈电阻Rf和重构开关SW，其中，上二阶有源RC低通滤波器和下二阶有源RC低通滤波器分别各自接入和输出一路正交信号；所述串联的反馈电阻Rf和重构开关SW有四组，分别连接于上二阶有源RC低通滤波器的第一阶输入端和下二阶有源RC低通滤波器的第一阶输出端之间、下二阶有源RC低通滤波器的第一阶输入端和上二阶有源RC低通滤波器的第一阶输出端之间、上二阶有源RC低通滤波器的第二阶输入端和下二阶有源RC低通滤波器的第二阶输出端之间、下二阶有源RC低通滤波器的第二阶输入端和上二阶有源RC低通滤波器的第二阶输出端之间。3.根据权利要求2所述的一种可重构RC自动校准复数带通滤波器，其特征在于，所述上二阶有源RC低通滤波器由构成二阶的两个全差分运算放大器OPA、两个输入电阻R1、四个反馈电阻R、四个反馈电容阵列C和两个品质因数调节电阻R2组成，其中，两个输入电阻R1分别连接于第一阶全差分运算放大器OPA的正输入端和负输入端并分别接入该路正交信号对应的正负信号；四个反馈电阻R分别在第一阶OPA正输入端和第二阶OPA负输出端之间、第一阶OPA负输入端和第二阶OPA正输出端之间、第一阶OPA负输出端和第二阶OPA负输入端之间、第一阶OP...

【专利技术属性】
技术研发人员：万佳，谢军伟，赵新强，谢李萍，万彬，
申请(专利权)人：成都旋极星源信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51