專利名稱：可自動校正中心頻率的校正回路、濾波電路及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是提供一種可自動校正濾波器的中心頻率的濾波電路，尤指一種利用積分器來達(dá)到自動校正濾波器的中心頻率的濾波電路。
背景技術(shù)：
在整個芯片整合的趨勢，除了容納的邏輯元件數(shù)目提高的同時，另一方面也要求芯片的面積愈做愈小。目前芯片設(shè)計(jì)的趨勢盡可能減少外部元件以降低成本及縮小電路板的面積。將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)必須外加的元件，如將濾波器整合到芯片的內(nèi)部，已成為一個必要的技術(shù)。
在許多的通訊傳輸領(lǐng)域，都會用到濾波器。一般而言，離散時間濾波器(Discrete Time Filter)較能準(zhǔn)確控制頻寬，但適用的頻寬較窄，因此高頻電路往往采用連續(xù)時間濾波器(Continuous Time Filter)，其中又以較節(jié)省電源的轉(zhuǎn)導(dǎo)器-電容(gm-c)濾波器為首選。轉(zhuǎn)導(dǎo)器-電容濾波器最容易遭遇到的問題是電路元件在制程上發(fā)生變異，而造成每次的產(chǎn)品有不同的特性參數(shù)。這些特性參數(shù)會隨著環(huán)境變化，如溫度變化、偏壓的影響而有所不同。例如晶體管的轉(zhuǎn)導(dǎo)值，電阻與電容的值，這些參數(shù)無疑地都會直接影響電路的特性，如濾波器的中心頻率、放大器的增益等，進(jìn)而影響整個集成電路的效能及準(zhǔn)確度。
先前的技術(shù)中，通常采用數(shù)學(xué)的方式運(yùn)算來達(dá)到校正濾波器的中心頻率的目的?；蛘卟捎靡粋€與欲校正的濾波器結(jié)構(gòu)相似的濾波器來作為校正的基準(zhǔn)，一般皆是以鎖相回路(Phase Lock Loop，PLL)來復(fù)制一個從屬濾波器(Slave Filter)，其中該鎖相回路鎖搭配的壓控振蕩器(Voltage ControlledOscillator，VCO)是復(fù)制部分或全部欲校正的濾波器而得，再配合其它電路來處理反饋的信號。然而這種方法的缺點(diǎn)是電路面積大，消耗的功率也大，再者，要等鎖相回路完成鎖相后才能再次校正該濾波器的中心頻率，校正速度緩慢，且所需花費(fèi)的時間較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種可自動校正濾波器的中心頻率的校正回路、濾波電路及相關(guān)方法，該濾波電路包含該校正回路及濾波器。該校正回路包含振蕩器、積分器、振幅比較器以及工作電壓調(diào)整器。該振蕩器用來產(chǎn)生參考時鐘信號，該積分器是耦接于該振蕩器，用來根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅。該振幅比較器的第一輸入端是耦接于該積分器，第二輸入端是耦接于該振蕩器，用來比較該積分器的該輸出振幅與該振蕩器的該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果。該工作電壓調(diào)整器的輸入端是耦接于該振幅比較器，輸出端是耦接于該積分器，用來根據(jù)該振幅比較器輸出的該比較結(jié)果調(diào)整輸入至該積分器的該工作電壓。
本發(fā)明還提供一種可自動校正濾波器的中心頻率的濾波電路，包含振蕩器，用來產(chǎn)生參考時鐘信號；積分器，耦接于該振蕩器，該積分器用來根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅；振幅比較器，其具有第一輸入端是耦接于該積分器，以及第二輸入端是耦接于該振蕩器，該振幅比較器用來比較該積分器的該輸出振幅與該振蕩器的該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果；濾波器，用來根據(jù)該工作電壓產(chǎn)生中心頻率；及工作電壓調(diào)整器，其具有輸入端是耦接于該振幅比較器，以及輸出端是耦接于該積分器及該濾波器，該工作電壓調(diào)整器用來根據(jù)該振幅比較器輸出的該比較結(jié)果調(diào)整輸入至該積分器及該濾波器的該工作電壓。
本發(fā)明是提供一種自動校正濾波器的中心頻率的方法，包含有產(chǎn)生參考時鐘信號；根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅；比較該輸出振幅與該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果；以及根據(jù)該比較結(jié)果調(diào)整該工作電壓，并通過調(diào)整后的工作電壓進(jìn)一步調(diào)整濾波器的中心頻率。


圖1為本發(fā)明一可自動校正濾波器的中心頻率的濾波電路的示意圖。
圖2為圖1濾波電路的濾波器的電路圖。
圖3為圖2濾波器的回旋器的示意圖。
圖4為圖1濾波電路的積分器的示意圖。
10濾波電路 12校正回路
13振蕩器 14積分器15振幅比較器 16工作電壓調(diào)整器18濾波器 V1工作電壓152、262 第一輸入端 154、264 第二輸入端162 輸入端 164 輸出端CLK 參考時鐘信號gm轉(zhuǎn)導(dǎo)器 C 電容26回旋器 22、24電壓源VinI、VinQ、Vin 輸入電壓VoutI、VoutQ、Vout輸出電壓gm1 第一轉(zhuǎn)導(dǎo)器 gm2 第二轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm3 第三轉(zhuǎn)導(dǎo)器 gm4 第四轉(zhuǎn)導(dǎo)器266 第一輸出端 268 第二輸出端32差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器具體實(shí)施方式
請參考圖1。圖1為本發(fā)明一可自動校正濾波器的中心頻率的濾波電路10的示意圖。濾波電路10包含校正回路12及濾波器18。校正回路12包含振蕩器13、積分器14、振幅比較器15以及工作電壓調(diào)整器16。振蕩器13可為石英振蕩器，用來產(chǎn)生頻率為fc的參考時鐘信號CLK，于一實(shí)施例中，參考時鐘信號CLK為弦波型態(tài)的信號，由于石英振蕩器的頻率特性十分穩(wěn)定，因此適合作為比較的基準(zhǔn)。積分器14是耦接于振蕩器13，積分器14具有單增益頻率fu，積分器14用來根據(jù)工作電壓V1產(chǎn)生輸出振幅，該輸出振幅是相對應(yīng)于單增益頻率fu。振幅比較器15具有第一輸入端152是耦接于積分器14，用來接收積分器14產(chǎn)生的該輸出振幅，第二輸入端154是耦接于振蕩器13，振幅比較器15用來比較積分器14的輸出振幅與參考時鐘信號CLK的振幅，并輸出比較結(jié)果。工作電壓調(diào)整器16的輸入端162是耦接于振幅比較器15的輸出端，輸出端164是耦接于積分器14及濾波器18，用來根據(jù)振幅比較器15輸出的比較結(jié)果調(diào)整輸入至積分器14及濾波器18的工作電壓V1。其中，振蕩器13、積分器14、振幅比較器15、工作電壓調(diào)整器16及濾波器18是設(shè)于同一芯片上。
請參考圖2。圖2為圖1濾波電路10的濾波器18的電路圖。濾波器18為轉(zhuǎn)導(dǎo)-電容(Transconductance-C)濾波器，包含多個回旋器(gyrator)26、多個電容C及多個轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm。濾波器18包含兩電壓源22、24，用來提供兩輸入電壓VinI、VinQ。電壓源22的第一端耦接于一轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm，其第二端耦接于另一轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm；電壓源24的第一端耦接于另一轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm，其第二端耦接于另一轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm。經(jīng)過多個耦接在一起的回旋器26及多個耦接在一起的電容C之后，濾波器18輸出兩輸出電壓VoutI、VoutQ，完成濾波的目的。濾波器18具有中心頻率fc，濾波器18用來根據(jù)工作電壓V1產(chǎn)生中心頻率fc，中心頻率fc由轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm及電容C所決定，中心頻率fc＝轉(zhuǎn)導(dǎo)值/(2*pi*電容值)。由于轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm的轉(zhuǎn)導(dǎo)值會隨著工作電壓改變(如圖1的工作電壓V1)，電壓愈高時轉(zhuǎn)導(dǎo)值也愈高，而濾波器18的中心頻率fc是由轉(zhuǎn)導(dǎo)值與電容值的比值所決定，通過調(diào)整濾波器18的工作電壓V1即可調(diào)整轉(zhuǎn)導(dǎo)值，而進(jìn)一步調(diào)整中心頻率fc。
請參考圖3。圖3為圖2濾波器18的回旋器26的示意圖。回旋器26是由四個轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm所構(gòu)成，回旋器26包含第一輸入端262、第二輸入端264、第一輸出端266及第二輸出端268。其中，第一轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm1的輸入端耦接于第三轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm3的輸出端且為回旋器26的第一輸入端262，第二轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm2的輸入端耦接于第四轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm4的輸出端且為回旋器26的第二輸入端264，第一轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm1的輸出端耦接于第四轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm4的輸入端且為回旋器26的第一輸出端266，第二轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm2的輸出端耦接于第三轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm3的輸入端且為回旋器26的第二輸出端268。其中，轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm與回旋器26的轉(zhuǎn)導(dǎo)值皆相同。
請參考圖4。圖4為圖1濾波電路10的積分器14的示意圖。積分器14包含差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器32及電容C，積分器14包含輸入電壓Vin及輸出電壓Vout。差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器32耦接于振蕩器13與工作電壓調(diào)整器16(如圖1所示)，用來根據(jù)振蕩器13輸入的參考時鐘信號CLK與工作電壓V1產(chǎn)生驅(qū)動信號，電容C耦接于差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器32，用來根據(jù)差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器32產(chǎn)生的驅(qū)動信號進(jìn)行充放電，以產(chǎn)生該輸出振幅。積分器14具有單增益頻率fu，單增益頻率fu由差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器32及電容C所決定，單增益頻率fu＝轉(zhuǎn)導(dǎo)值/(2*pi*電容值)。因此，積分器14的單增益頻率fu與濾波器18的中心頻率fc是相同的(復(fù)制相同的轉(zhuǎn)導(dǎo)器與電容，其中轉(zhuǎn)導(dǎo)器gm、差動轉(zhuǎn)導(dǎo)器32與回旋器26的轉(zhuǎn)導(dǎo)值皆相同)。只要同步調(diào)整積分器14與濾波器18，積分器14的單增益頻率fu是對應(yīng)于濾波器18的中心頻率fc，當(dāng)積分器14的單增益頻率fu調(diào)整到正確值，濾波器18的中心頻率fc也會調(diào)整到正確值。積分器14工作在頻率為單增益頻率fu時，其增益為1，意即輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的振幅相同。當(dāng)積分器14工作在頻率為高于單增益頻率fu時，其增益大于1，意即Vout＞Vin；當(dāng)積分器14工作在頻率為低于單增益頻率fu時，其增益小于1，意即Vout＜Vin?？衫梅e分器14的此種特性來調(diào)整積分器14的單增益頻率fu。
請繼續(xù)參考圖1。振蕩器13提供頻率為fc的參考時鐘信號CLK作為參考的基準(zhǔn)，通過振幅比較器15比較積分器14的輸入信號與輸出信號的振幅。其中，積分器14輸入信號為頻率fc的參考時鐘信號CLK，而輸出信號的頻率為fu，當(dāng)積分器14的輸出信號振幅大于參考時鐘信號CLK的振幅，代表頻率fu大于頻率fc，此時通過工作電壓調(diào)整器16降低工作電壓V1以降低頻率fu；當(dāng)積分器14的輸出信號振幅小于參考時鐘信號CLK的振幅，代表頻率fu小于頻率fc，此時通過工作電壓調(diào)整器16調(diào)高工作電壓V1以調(diào)高頻率fu。經(jīng)過校正回路12不斷地調(diào)整，最后將頻率fu調(diào)整至與頻率fc相等，意即將積分器14的單增益頻率fu調(diào)整至與濾波器18的中心頻率fc相等。
以上所述的實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，并不局限本發(fā)明的范疇。文中所提到的濾波器18，并不局限于由轉(zhuǎn)導(dǎo)器與電容所構(gòu)成的濾波器，而積分器14也不局限于由轉(zhuǎn)導(dǎo)器與電容所構(gòu)成的積分器，只要積分器與濾波器的構(gòu)成元件相同即屬于本發(fā)明的范疇。
由上可知，本發(fā)明提供一種可自動校正濾波器的中心頻率的校正回路12與濾波電路10，利用構(gòu)成元件相同的積分器14來校正濾波器18的中心頻率，來減少濾波電路10的誤差，且振蕩器13、積分器14、振幅比較器15、工作電壓調(diào)整器16及濾波器18是設(shè)于同一芯片上，盡量減少芯片外部元件，以降低成本及縮小電路板的面積。且本發(fā)明不需復(fù)制一個鎖相回路，可以節(jié)省許多的面積及消耗功率，再者，利用一個簡單的積分器來完成校正回路，大幅減少元件的數(shù)目，又可以達(dá)到校正濾波器的中心頻率的目的。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種可自動校正濾波器的中心頻率的校正回路，包含有振蕩器，用來產(chǎn)生參考時鐘信號；積分器，耦接于該振蕩器，該積分器用來根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅；振幅比較器，其第一輸入端是耦接于該積分器，第二輸入端是耦接于該振蕩器，用來比較該積分器的該輸出振幅與該振蕩器的該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果；以及工作電壓調(diào)整器，其具有輸入端是耦接于該振幅比較器，以及輸出端是耦接于該積分器，該工作電壓調(diào)整器用來根據(jù)該振幅比較器輸出的該比較結(jié)果調(diào)整輸入至該積分器的該工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正回路，其中該積分器具有單增益頻率，該輸出振幅是對應(yīng)于該單增益頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的校正回路，其中該積分器的該單增益頻率是對應(yīng)于該濾波器的中心頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正回路，其中該振蕩器、該積分器、該振幅比較器與該工作電壓調(diào)整器是設(shè)于同一芯片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正回路，其中該振蕩器為石英振蕩器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正回路，其中該積分器包含轉(zhuǎn)導(dǎo)器，耦接于該振蕩器與該工作電壓調(diào)整器，用來根據(jù)該參考時鐘信號與該工作電壓，產(chǎn)生驅(qū)動信號；以及電容，耦接于該轉(zhuǎn)導(dǎo)器，用來根據(jù)該轉(zhuǎn)導(dǎo)器產(chǎn)生的該驅(qū)動信號進(jìn)行充放電，產(chǎn)生該輸出振幅。
7.一種可自動校正濾波器的中心頻率的濾波電路，包含振蕩器，用來產(chǎn)生參考時鐘信號；積分器，耦接于該振蕩器，該積分器用來根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅；振幅比較器，其具有第一輸入端是耦接于該積分器，以及第二輸入端是耦接于該振蕩器，該振幅比較器用來比較該積分器的該輸出振幅與該振蕩器的該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果；濾波器，用來根據(jù)該工作電壓產(chǎn)生中心頻率；及工作電壓調(diào)整器，其具有輸入端是耦接于該振幅比較器，以及輸出端是耦接于該積分器及該濾波器，該工作電壓調(diào)整器用來根據(jù)該振幅比較器輸出的該比較結(jié)果調(diào)整輸入至該積分器及該濾波器的該工作電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波電路，其中該積分器具有單增益頻率，該輸出振幅是對應(yīng)于該單增益頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的濾波電路，其中該積分器的該單增益頻率是對應(yīng)于該濾波器的該中心頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波電路，其中該振蕩器、該積分器、該振幅比較器、該工作電壓調(diào)整器與該濾波器是設(shè)于同一芯片上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波電路，其中該振蕩器為石英振蕩器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波電路，其中該濾波器為轉(zhuǎn)導(dǎo)-電容濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波電路，其中該濾波器包含多個轉(zhuǎn)導(dǎo)器及多個電容。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濾波電路，其中該積分器包含轉(zhuǎn)導(dǎo)器，耦接于該振蕩器與該工作電壓調(diào)整器，用來根據(jù)該振蕩器產(chǎn)生的該參考時鐘信號與該工作電壓，產(chǎn)生驅(qū)動信號；以及電容，耦接于該轉(zhuǎn)導(dǎo)器，用來根據(jù)該轉(zhuǎn)導(dǎo)器產(chǎn)生的該驅(qū)動信號進(jìn)行充放電，以產(chǎn)生該輸出振幅。
15.一種自動校正濾波器的中心頻率的方法，包含(a)產(chǎn)生參考時鐘信號；(b)根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅；(c)比較該輸出振幅與該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果；以及(d)根據(jù)該比較結(jié)果調(diào)整該工作電壓；其中，通過調(diào)整后的工作電壓進(jìn)一步調(diào)整濾波器的中心頻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中步驟(b)還包含(e)根據(jù)該參考時鐘與該工作電壓產(chǎn)生驅(qū)動信號；以及(f)根據(jù)該驅(qū)動信號對電容進(jìn)行充放電，以產(chǎn)生該輸出振幅。
全文摘要
校正回路包含振蕩器、積分器、振幅比較器以及工作電壓調(diào)整器。該振蕩器用來產(chǎn)生參考時鐘信號。該積分器是耦接于該振蕩器，用來根據(jù)該參考時鐘信號及工作電壓產(chǎn)生輸出振幅。該振幅比較器的第一輸入端是耦接于該積分器，第二輸入端是耦接于該振蕩器，用來比較該積分器的該輸出振幅與該振蕩器的該參考時鐘信號的振幅，并輸出比較結(jié)果。該工作電壓調(diào)整器的輸入端是耦接于該振幅比較器，輸出端是耦接于該積分器，用來根據(jù)該比較結(jié)果調(diào)整該工作電壓。
文檔編號H03L7/00GK101043209SQ20061006764
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月22日
發(fā)明者張國威, 李雋儀, 李文正 申請人:普誠科技股份有限公司