用于跨导电容滤波器的频率调整回路制造技术

一种用于转导电容滤波器的频率调整电路，包括一第一切换装置与一第二切换装置，用以将输入信号反复对调输出；一转导器的正输入端与负输入端分别连接至第一切换装置的输出端点；一第一开关的一端连接至转导器的正输出端，而另一端连接一第一电容与第二切换装置的一信号输入端；一第二开关的一端连接至转导器的负输出端，而另一端连接一第二电容与第二切换装置的另一信号输入端；及一积分电路，积分电路至少包括一积分器、一第三电容及一第四电容，积分器的正负输入端分别连接至第二切换装置的信号输出端。然后此积分器的输出可连接一差动转单端电路及一低通滤波电路，用以将由积分器所输出的差动信号转为单端信号并滤波。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种频率调整电路，特别是有关一种用于转导电容滤波器(Transconductor-Capacitor filter)上的频率调整回路(Frequency TuningLoop)。(2)
技术介绍
滤波器是信号处理系统中常见且重要的单位，其作用为将不需要频段信号消除，进而保留或放大所需要频段信号，在先进的集成电路制程中，将滤波器整合进入芯片设计中是一个普遍且共通的趋势。滤波器的截止频率(cut-off frequency，or roll-off frequency)与其时间常数(time constant)的倒数成正比关系。时间常数在主动RC滤波器(active RCfilter)中是以RC值来表示，而在转导电容滤波器(transconductor-capacitorfilter，or Gm-C filter)中时间常数则是以C/Gm值来表示，然而由于集成电路制程的不确定性，造成制造出来的电阻值、电容值甚或是滤波器中最重要的电阻乘以电容值(所得的乘积即是时间常数值)的变化幅度相当的大，因此造成所制造出的滤波器其频率精准度不足或者不稳定。因此需要在滤波器中包括一频率调整回路，能够针对一个已知的输入信号源(例如固定的时脉信号)量测时间常数，然后进而修改或调整其滤波器的截止频率。转导电容滤波器是一个常用的滤波器的技术，其具有高速的特性，其中设计转导电容滤波器最重要的就是要确定其截止频率能够控制在一个设计值内而不会随着制程、温度、时间而漂移。一般常见的控制方法有两种，一是将滤波器的截止频率针对输入时脉再做校正(calibration)的动作，此方法可以对制程差异作修补动作，其优点是一旦校正过后便不会再对滤波器有任何的影响，而其缺点是校正精准度有限制，同时亦不能再对温度变化、时间老化(aging)等变数再作修补动作；而另一个控制方法则是将滤波器的截止频率根据输入的固定时脉信号进行连续调控(continuous tuning)的动作，其优点是可以对温度变化、时间老化(aging)等变数作修补动作，但是缺点为转导器所产生的漂移电流(offset current)会对调整的结果造成影响，因而无法达到所需的精确度。图1a为一习知的具有频率调整回路的转导电容滤波器的示意方块图，其中输入信号经转导电容滤波器110后，得到一经滤波的输出信号，且此转导电容滤波器110具有一频率调整回路112(Frequency Tuning Loop)，此频率调整回路112接受一固定时脉(Clock)，并根据此校准用时脉产生调整电压(TuningVoltage)至转导电容滤波器110用以调整转导电容滤波器110的输出信号。图1b为图1a中的频率调整回路112的内部电路模型方块图，为依照IEEE proc.ISCAS-91中所提出的″一种用以自动连续调整滤波器的方法(A novel approach forthe automatic tuning of continuous-time filters)″所设计的调整电路，其构想为使用电荷转换的负反馈回路，其中转导器120本身以负反馈接成了等效的电阻R＝1/Gm，当转导器120的正端输入电流源Ir121流经Gm的后造成的电压为V＝Ir/Gm。第一开关122与第二开关123分别由时脉控制其开关动作且其开关动作相异，当第一开关122于高位准时导通，电容C1p上便充入电荷Qp，且Qp＝C1p*V＝(C1p*Ir)/Gm，而此时第二开关123为打开呈开路状态，使得电容C1p与的后的电路互不影响。而当时脉高位准转变为低位准时，第一开关122打开成为开路，而第二开关123导通，此时电容C1p上所存的电荷Qp便转换至由操作放大器124、电容C2p及电容C2n所构成的积分器电路上，形成输出电压变化量ΔVcp，ΔVcp＝(-Qp)/C2p＝*(Ir/Gm)。另外，由于积分器124之输入端另有一电流源125，其电流值为N*L，因而造成积分器的输出持续上升，而在一单位时脉周期T＝1/f内，积分器124因电流源125所造成上升的电压值为ΔV1＝(I/C2p)*T＝*(1/f)。而当最后负回授回路达成平衡时，ΔVcp+ΔV1＝0，因此可得到方程式1-C1pC2p*IrGm+N*IrC2p*1f=0]]> (方程式1)由此可知频率调整回路112的调整频率可由其f/N值来控制，因此可以藉由此频率调整回路112将转导电容滤波器的截止频率调整至设计值。此外，连接于转导器120另一输入端之各元件，如第三开关126、第四开关127及电容C1n、C2n等元件，其元件、动作原理及元件间之连接方式与上述皆相同，惟连接至另一端上，因此所产生之输出电压变化量ΔVcn与ΔVcp相差一负号。然后ΔVcn与ΔVcp经由一差动转单端电路(differential to single converter)128后再经由一低通滤波电路129(low-pass filter，LPF)滤波之后的输出即为所需之调整电压Vtun(TuningVoltage)。然而上述之电路为一理想状况，在真实情况下，转导器120无可避免的会有漂移电流(offset current)存在。第一c图为第一b图之实际等效模型，用以说明实际状况，其中，漂移电流源130表示此转导器120于实际状况中所产生之漂移电流，因此可将实际的转导器等效成一个理想的转导器120加上一个漂移电流源130，而此将此漂移电流源130所产生之电流标示为Ioffset。因此流经差动转导器120的电流在此变成Ir+Ioffset，利用前述之分析方式后，可得到方程式2-C1pC2p*(Ir+Ioffset)Gm+N*IrC2p*1f=0]]> (方程式2)可得知转导器120所产生之漂移电流会影响调整频率的值，其误差量直接与Ioffset/Ir值成正比，且漂移电流会因为转导器本身的制造过程、环境温度、时间因素而有所改变，因此一种不受转导器所产生之漂移电流影响的频率调整回路是需要的，藉以增加频率调整回路的精确度。(3)
技术实现思路
本专利技术提出一种用于转导电容滤波器的频率调整回路，以克服传统的转导电容滤波器于控制截止频率上所产生的诸多缺点。本专利技术的主要目的即在于提出一种具有不受参考转导器所产生的漂移电流(offset current)影响的频率调整回路，藉以增加转导电容滤波器的频率精确度。根据以上所述的目的，本专利技术提供一种用于转导电容滤波器的频率调整电路，其包括一转导器，且此转导器的正输入端连接第一a开关及第一b开关，且第一a开关的另一端连接一正向电流源，而第一b开关的另一端连接一反向电流源，而转导器的负输入端连接第一a′开关及第一b′开关，且第一a′开关的另一端连接反向电流源，而第一b′开关的另一端连接正向电流源。其中第一a开关及第一a′开关的动作一致，而第一b开关及第一b′开关的动作一致，并且第一a开关及第一a′开关的动作会与第一b开关及第一b′开关的开关动作交替发生。此转导器的输出端分别连接第二a开关与第二b开关，且第二a开关的另一端连接第一电容、第三a开关、第三b′开关，而第二b开关的另一端连接第二电容、第三a′开关、第三b开关。此第三a开关及第三a′开关的开关动作与第一a开关的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于转导电容滤波器的频率调整电路，其特征在于，包括： 一转导器； 一第一ａ开关及一第一ｂ开关，该第一ａ开关及该第一ｂ开关的一端连接至该转导器的正输入端，且该第一ａ开关的另一端连接至一正向电流源输入端用以接受一正向电流源的输入，而该第一ｂ开关的另一端连接至一反向电流源输入端用以接受一反向电流源的输入； 一第一ａ′开关及一第一ｂ′开关，该第一ａ′开关及该第一ｂ′开关的一端连接至该转导器的负输入端，且该第一ａ′开关的另一端连接至该反向电流源输入端，而该第一ｂ′开关的另一端连接至该正向电流源输入端，其中该第一ａ开关及该第一ａ′开关的开关动作一致，而该第一ｂ开关及该第一ｂ′开关的开关动作一致，并且该第一ａ开关及该第一ａ′开关的开关动作与该第一ｂ开关及该第一ｂ′开关的开关动作交替发生； 一第一电容； 一第二电容； 一第三ａ开关及一第三ａ′开关，该第三ａ开关及该第三ａ′开关的开关动作与该第一ａ开关的开关动作相差固定一个时脉周期； 一第三ｂ开关及一第三ｂ′开关，该第三ｂ开关及该第三ｂ′开关的开关动作与该第一ｂ开关的开关动作相差固定一个时脉周期； 一第二ａ开关，该第二ａ开关的一端连接至该转导器的正输出端，而另一端连接该第一电容、该第三ａ开关及该第三ｂ′开关的一端，其中该第一电容的另一端接地； 一第二ｂ开关，该第二ｂ开关的一端连接至该转导器的负输出端，而另一端连接该第二电容、该第三ｂ开关及该第三ａ′开关的一端，其中该第一电容的另一端接地；及 一积分电路，该积分电路至少包括一积分器、一第三电容及一第四电容，其中该第三电容是用以储存由该第一电容移转的电荷，而该第四电容是用以储存由该第二电容移转的电荷，并且该积分器的正输入端连接该第三ａ′开关与第三ｂ′开关的另一端，该积分器的负输入端连接该第三ａ开关与第三ｂ开关的另一端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：楼志宏，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]