连续时间滤波器和包括这种滤波器的系统的自校准技术方案

一种具有自校准装置的连续时间滤波器系统。所说的系统包括一个主控制单元（３６）和具有一个或多个从属滤波器（２７．１－２７．ｎ）的一个从属单元。主控制单元（３６）包括一个积分器（３０），它具有电路元件（３３；Ｃ），电路元件（３３、Ｃ）与确定从属滤波器的时间常数（τ）的从属滤波器（２７．１－２７．ｎ）的那些元件相匹配。进而，主控制单元（３６）还包括一个电压比较器（３５），它与积分器（３０）的输出端（３４）相连，电压比较器（３５）提供一个输出频率信号（ｆ↓［ｃｏｍ］），并且主控制单元（３６）还包括一个相位频率比较器（ＰＦＣ；２８），它提供控制信号（υ），以此作为输出信号，相位频率比较器（ＰＦＣ；２８）接收所说的输出频率信号（ｆ↓［ｃｏｍ］）和参考频率信号（ｆ↓［ｒｅｆ］），以此作为输入信号。从属单元包括所说的至少一个从属滤波器（２７．１－２７．ｎ），从属滤波器（２７．１－２７．ｎ）具有控制信号输入端（４１），用于接收所说的控制信号（υ），因此允许通过影响从属滤波器的时间常数（τ）来校准从属滤波器的传递函数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及连续时间滤波器的校准，具体来说，本专利技术涉及连续时间Gm-C和RC-滤波器。
技术介绍
连续时间滤波器在远距离通信、视频信号处理、盘驱动器、计算机通信网络等中已经发现了逐渐增多的商业应用。连续时间滤波器最好由跨导器和电容器实施。这样的滤波器称之为Gm-C滤波器。如果使用无源的电阻器和电容器实现，则对应的滤波器称之为RC滤波器。滤波器的频率特性在RC滤波器中由电阻R和电容C的乘积确定。在Gm-C滤波器中，时间常数由C/Gm给出。只有跨导Gm的校准存在现有技术。这样的校准方案不可应用到连续时间滤波器上，连续时间滤波器具有大量的使用跨导的电路。按照下面列出的现有技术文献，校准是通过将跨导(对其输入端施加了一个DC信号)的输出电流与参考电流进行匹配来实现的。然后，使用匹配误差来调谐跨导US5621355US5650950US5912583US6140867US6172569EP561099所有这些现有技术文献都使用相同的校准原理，在这些文献中存在的某些差别只在于产生参考电流的方式。在实施细节方面也有某些微小的差异。例如，US5621355要求精确的外部电阻器，而其它的文献则要求精确的电流数字-模拟转换器(DAC)。按照US5621355，参考电流是通过施加一个准确的直流电压产生的，而在US5650950、US5912583、US6140867、US6172569中，通过加到数字-模拟转换器的数字信号将所期望的跨导Gm映射成参考电流。EP561099则建议使用极化电路来进行校准。对于这些现有技术方案，都存在一些应用的限制。外部的精确的电阻器、精确的DAC、和精确的直流电压的技术要求都将使这些方案很昂贵。另一个缺点是校准是针对直流进行的。在US5621355中提出的方案实际上是对于在IEEE期刊“固体电路”(IEEE Journal of Solid-State Circuits)中由Laber和Gray提出的先前的出版物(第28卷，第4期，1993年4月)的一种改进，这里只调谐Gm。这种改进是通过用作电阻器的开关电容器来代替外部电阻器。如以上所述，所说的校准是通过迫使在电阻器上和在跨导Gm的输入端上具有相同的电压来匹配跨导Gm与精确的外部电阻器的值。在US6304135中公开了另外的方法。按照US6304135，Gm是通过外部电阻器Rext确定的，C是通过用一个极其复杂的可变电流源补偿一个芯片上校准电容器以迭代方式进行校准的。需要一个特殊的算法来实现迭代校准。在US6304135中提出的可变电流源是复杂的。这种校准方案只能利用在US6304135中描述的那种类型的跨导器工作，不适合于其它类型的跨导器。在US6084465中提出的校准方案按照不同的方式工作。在放电完成后，在一定的时间间隔内由主Gm对一个电容器充电，在这个时间间隔结束时的电容器电压与一个固定电压进行比较。然后，使用误差信号来调谐Gm。为了在电容器放电的同时保存这个电压，需要另一个带有开关的电容器。这两个电容器必须完美地匹配，在实践中这是不可能的，因此要产生误差。这个方案的另一个缺点是，需要一个极其复杂的状态机来控制各个开关。进而，整个的校准花费相当长的时间。在US6111467中描述的是在US6084465中提出的方案的一种变型。这个方案也是复杂的，并且需要许多开关和开关动作。在US6112125中描述了一种极其繁琐复杂的方案。通过注入参考信号并且监视滤波器输出的相位来实现调谐。Gm-C滤波器与RC滤波器相比的一个突出的优点是滤波器经过跨由Gm获得的调谐能力。然而，这两种滤波器都遭遇过程的变化，因此限制了它们只能在非临界的情况下应用。自校准是解决这个问题和实现更准确的连续时间滤波器的有效技术。几乎所有的已知的校准技术都是基于所谓的主-从原理。用于处理信号的从属滤波器以及或者包括压控振荡器(VCO)或者包括压控滤波器(VCF)的主控制模块这两者都是由电压控制的相同的跨导器构成的。在将置入锁相回路(PLL)内的主控制模块校准或调谐到锁相回路的参考频率以后，它的时间常数(τ)就调节到了正确的数值。如果在主和从属单元这两者中的跨导和电容器完美地匹配，则从属滤波器也调谐到它的期望的特性。常规的校准技术的缺点是，VCO或VCF要求至少两个积分器，即，至少两个跨导器和某些电容器。因为存在内部失配，所以调谐的精度相对来说较差。此外，功率消耗和所需要的面积相当大。在图1中表示出一个基本无损耗Gm-C积分器10。Gm-C积分器10包括具有电压输入端12的跨导器13。另一个输入端15连接到地。电容器C安排在跨导输出端14和地之间。积分器的传递函数由下式给出V0Vin=1sτ---(1)]]>这里，τ是积分器10的时间常数，由电容器C和跨导器13的跨导Gm确定τ=CGm---(2)]]>在RC滤波器中，时间常数τ是R和C的乘积。在集成滤波器中，Gm和C都要受过程变化的影响，因此整个滤波器的特性也要经受过程变化的影响。Gm-C滤波器的一个优点在于Gm是可控的。通过改变加到跨导器13的输入端11的电压v(也称之为控制信号)可以控制Gm。通过一个适当的装置，可以使Gm-C滤波器自校准。当前，如果不采取特殊的措施，连续时间Gm-C滤波器或者RC滤波器由于过程变化的缘故，只限于非临界的应用。本专利技术的另一个目的是提供滤波器系统，它们能够避免或减小已知的滤波器系统的缺点。本专利技术的一个目的是提供一种方案，用于灵活地校准连续时间Gm-C滤波器和RC滤波器。
技术实现思路
通过本专利技术实现这些和其它的目的，本专利技术提供按照权利要求1所述的滤波器系统，本专利技术使用这样的滤波器系统提供按照权利要求15所述的实施方案。在从属权利要求2-14中要求保护有益的实施方案。这个建议的方案公开了一种技术，这种技术通过在主控制单元中只使用一个跨导器或电阻器以及一个电容器解决了以上所述的所有的问题。从参照以下所述的实施例(一个或多个)，本专利技术的其它方面将是显而易见的。附图说明为了更完整地描述本专利技术以及本专利技术的另外的目的和优点，结合附图参照下面的描述，其中图1是常规的无损耗Gm-C积分器的示意方块图；图2A是按照本专利技术的主控模块的示意方块图；图2B是曲线图，给出了ξ的定义；图3是按照本专利技术的滤波器系统的示意方块图；图4A是按照本专利技术的逻辑电路的示意方块图；图4B是按照本专利技术的曲线图，表示出各个信号；图5是按照本专利技术的一个相位频率比较器(PFC)的示意方块图；图6是按照本专利技术的曲线图，表示的是其它的信号；图7是按照本专利技术在RC滤波器中可以使用的VCC的示意方决图。具体实施例方式图2A表示所提出的自校准方案的原理。这个方案基于主-从原理。但是，主单元不像现有技术系统那样，既不是VCO也不是VCF。它包括一个类似于图1所示的积分器10的一个积分器20。按照本专利技术，将一个直流电压VB加到跨导器23的输入端22，跨导器23的后面是一个比较器25。电容器VC安排在跨导器输出端24和地之间。在电容器C上的电压VC可由下式表示VC=∫GmVBCdt=VBtτ---(3)]]> 现在参照附图2B，如果在跨导器输出端24上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自校准装置的连续时间滤波器系统，所说的系统包括一个主控制单元（３６）和具有至少一个从属滤波器（２７．１－２７．ｎ）的一个从属单元，主控制单元（３６）包括：一个积分器（３０），它具有电路元件（３３、Ｃ），电路元件（３３、Ｃ）与确定从属滤波器的时间常数（τ）的从属滤波器（２７．１－２７．ｎ）的那些元件相匹配；一个电压比较器（３５），它与积分器（３０）的输出端（３４）相连，电压比较器（３５）提供一个输出频率信号（ｆ↓［ｃｏｍ］），和一个相位频率比较器（ＰＦＣ；２８），它提供控制信号（υ），以此作为输出信号，相位频率比较器（ＰＦＣ；２８）接收所说的输出频率信号（ｆ↓［ｃｏｍ］）和参考频率信号（ｆ↓［ｒｅｆ］），以此作为输入信号；从属单元包括：所说至少一个从属滤波器（２７．１－２７．ｎ），从属滤波器（２７．１－２７．ｎ）具有控制信号输入端（４１），用于接收所说的控制信号（υ），因此允许通过影响从属滤波器的时间常数（τ）来校准从属滤波器的传递函数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王振华，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]