專利名稱：濾波電路和通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波電路和通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
近來，隨著互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝的小型化，降低了射頻(RF)電路的 供電電壓。在CMOS工藝被小型化的情況下，如果使用傳統(tǒng)的電路方法來實現(xiàn)RF電路，電壓 裕量變得不足，信號幅值的動態(tài)范圍變窄。同時，隨著CMOS工藝的小型化，晶體管的截止頻 率提高。這有利于在時間方面準(zhǔn)確地進(jìn)行高速切換操作的操作。另外，隨著平板印刷術(shù)的 精度的提高，電容器的電容比變得準(zhǔn)確。數(shù)字RF技術(shù)是一種對RF電路應(yīng)用離散時間信號處理的概念以獲得上述優(yōu)點、 同時避免由CMOS工藝的小型化產(chǎn)生的問題的新技術(shù)。作為數(shù)字RF技術(shù)領(lǐng)域中的主電 路，已知電荷疇(charge domain)濾波器。電荷疇濾波器是由跨導(dǎo)放大器、開關(guān)和電容 器構(gòu)成的濾波電路。電荷疇濾波器是通過與時鐘同步地積累電荷并對電荷進(jìn)行放電來 對模擬信號進(jìn)行采樣，并通過離散時間信號處理進(jìn)行濾波和抽取(decimation)的電 路(參見日本專利申請公開JP-A-2008-18220號；日本專利申請公開JP-A-2009-27389 號；R. Bagheri,"An 800MHz to 5GHzSoftware-Def ined Radio Receiver in 90nm CMOS, ”ISSCC Deg. Tech. Papers,pp. 1932-1941，F(xiàn)eb. 2006 ；Hirata,Takahashi,Kato,Kikui 禾口 Takebe,“New high frequency, low-power FIR SC circuit (parallel cyclictype circuit) " Shingakuron (A)， vol. 75-A, No. 1， PP. 27-38, Jan. ，1992 ； L^l ^ K. Muhammad 禾口 R. B. Staszewski, "Direct RF sampling mixer withrecursive filtering in charge domain,” in Proceedings of the InternationalSymposium on Circuits and SystemsdSCAS' 04)，vol. 1，pp. 1-577-1-580，Vancouver, BC, Canada, May 2004，sec. ASP-L29. 5)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，例如，在串聯(lián)連接雙抽頭有限持續(xù)時間脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的電路中，在 連接節(jié)點兩側(cè)布置多個開關(guān)。這些開關(guān)由諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 元件的元件構(gòu)成。因此，在連接節(jié)點處產(chǎn)生元件的寄生電容。于是，作為寄生電容的結(jié)果， 濾波電路的頻率特性改變?？紤]到上述情況，期望提供一種能夠抑制由寄生電容引起的頻率特性的改變的新 穎的改進(jìn)的濾波電路和通信設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種濾波電路，包括電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到 輸入端子的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；第一電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第一電容 器單元中，從電壓電流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電 容器，第一電容器單元將電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第二電容器 單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第二電容器單元中，從第一電容器單元輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，第二電容器單元將電流信號所輸入到的一組電 容器的電荷相加并輸出；以及多個連接節(jié)點，其分別連接第一電容器單元中輸出電荷的給 定電容器和第二電容器單元中由所述電荷的輸出引起的電流信號所輸入到的電容器。在這種結(jié)構(gòu)中，多個連接節(jié)點配有用于復(fù)位寄生電容的復(fù)位開關(guān)。在這種結(jié)構(gòu)中，在屬于第二電容器單元的每一個電容器的復(fù)位周期中，相應(yīng)電容 器連接到的連接節(jié)點的寄生電容被復(fù)位。在這種結(jié)構(gòu)中，屬于第二電容器單元的特定電容器被恒定地連接到連接節(jié)點，并 且在特定電容器的復(fù)位周期中，特定電容器連接到的連接節(jié)點的寄生電容被復(fù)位。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種濾波電路，包括第一電壓電流轉(zhuǎn)換部 分，其將輸入到輸入端子的正相位電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；第一電容器單元，其由多個電 容器構(gòu)成，在第一電容器單元中，從第一電壓電流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序在每 一個周期輸入到每一個電容器，第一電容器單元將所述電流信號所輸入到的一組電容器的 電荷相加并輸出；第二電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第二電容器單元中，從第一電 容器單元輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，第二電容器單元 將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第一多個連接節(jié)點，其分別連 接第一電容器單元中輸出電荷的給定電容器和第二電容器單元中由所述電荷的輸出引起 的電流信號所輸入到的電容器；第二電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的負(fù)相位電 壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；第三電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第三電容器單元中，從 第二電壓電流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，第 三電容器單元將電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第四電容器單元，其 由多個電容器構(gòu)成，在第四電容器單元中，從第三電容器單元輸出的電流信號被按順序在 每一個周期中輸入到每一個電容器，第四電容器單元將電流信號所輸入到的一組電容器的 電荷相加并輸出；第二多個連接節(jié)點，其分別連接第三電容器單元中輸出電荷的給定電容 器和第四電容器單元中由所述電荷的輸出引起的電流信號所輸入到的電容器；以及第三多 個連接節(jié)點，其連接第一多個連接節(jié)點中的每一個和第二多個連接節(jié)點中的每一個。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了 一種通信設(shè)備，其包括濾波電路，所述濾波電 路包括電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；第一電容 器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第一電容器單元中，從電壓電流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號 被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，第一電容器單元將電流信號所輸入到的一 組電容器的電荷相加并輸出；第二電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第二電容器單元 中，從第一電容器單元輸出的電流信號按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，第二 電容器單元將電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；以及多個連接節(jié)點，其 分別連接第一電容器單元中輸出電荷的給定電容器和第二電容器單元中由所述電荷的輸 出引起的電流信號所輸入到的電容器。根據(jù)本發(fā)明的上述實施例，可以可靠地抑制由寄生電容引起的頻率特性的改變。


圖1是示出作為電荷疇FIR濾波器100的示例的通過串聯(lián)連接雙抽頭FIR濾波器 而構(gòu)成的電路的示意5
圖2是示出時鐘信號Φ1至Φ4的波形改變?yōu)楦唠娖降亩〞r的時序圖；圖3是示出定時相位和每一個采樣電容器的狀態(tài)之間的關(guān)系的示意圖；圖4是示出在MOSFET中產(chǎn)生的電容的示意圖；圖5是示出頻率特性依據(jù)是否存在寄生電容CP而改變的方式的特性圖；圖6是示出圖1所示的電荷疇FIR濾波器100的塊結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是示出圖6所示的塊結(jié)構(gòu)的變形結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是示出將圖7所示的第一級和第二級之間的連接節(jié)點分開并且并聯(lián)連接的結(jié) 構(gòu)的示意圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電荷疇FIR濾波器200的示意圖；圖10是示出根據(jù)第一實施例的電荷疇FIR濾波器200的頻率特性的特性圖；圖11是示出圖1所示的電荷疇FIR濾波器100和根據(jù)第一實施例的電荷疇FIR 濾波器200的組延遲時間的特性圖；圖12是示出根據(jù)第二實施例的電荷疇FIR濾波器300的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖13是示出根據(jù)第三實施例的時鐘信號的特性圖；圖14是示出根據(jù)第三實施例的電荷疇FIR濾波器400的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖15是示出根據(jù)第四實施例的電荷疇FIR濾波器500的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖16是示出根據(jù)第五實施例的電荷疇FIR濾波器600的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖17是示出電荷疇FIR濾波器600以采樣時間Ts = Ins工作時的頻率特性的特 性圖；圖18是示出根據(jù)第五實施例的電荷疇FIR濾波器600的組延遲時間的特性圖；以 及圖19是示出設(shè)置有根據(jù)每一個實施例的電荷疇FIR濾波器的通信設(shè)備的結(jié)構(gòu)的 示意圖。
具體實施例方式下文中，參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。注意，在本說明書和附圖中，用 相同的附圖標(biāo)記表示具有基本相同的功能和結(jié)構(gòu)的構(gòu)成元件，并且省略這些構(gòu)成元件的重 復(fù)說明。以下面示出的順序說明示例性實施例。1.第一實施例(使用N路濾波器的示例)(1)
背景技術(shù)：
(2)根據(jù)本發(fā)明第一實施例的濾波電路的結(jié)構(gòu)和操作2.第二實施例(通過增加復(fù)位開關(guān)來復(fù)位寄生電容的示例)3.第三實施例(通過增加定時信號來復(fù)位寄生電容的示例)4.第四實施例(在不增加復(fù)位開關(guān)和定時信號的情況下復(fù)位寄生電容的示例)5.第五實施例(使用寄生電容來加寬頻帶的示例)6.第六實施例(設(shè)置有根據(jù)每一個實施例的濾波電路的通信設(shè)備的示例)1.第一實施例(1)背景技術(shù)
作為根據(jù)第一實施例的電荷疇濾波器的背景技術(shù)，描述電荷疇有限持續(xù)時間脈沖 響應(yīng)(FIR)濾波器。圖1是示出作為電荷疇FIR濾波器的示例的通過串聯(lián)連接雙抽頭FIR 濾波器102和104而構(gòu)成的電路的示意圖。下文中，說明圖1所示的雙抽頭FIR濾波器100 的結(jié)構(gòu)和操作。在圖1中，用IN表示輸入端子，用OUT表示輸出端子。Gm 106是跨導(dǎo)放大器，其 將對輸入端子IN施加的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號并且輸出該電流信號。將第一級的雙抽 頭FIR濾波器102的8個采樣電容器Cla、Clb、C2a、C2b、C3a、C3b、C4a和C4b并聯(lián)連接到 Gm 106的輸出端子，并由這些電容器構(gòu)成電容器單元。采樣電容器Cla、Clb、C2a、C2b、C3a、 C3b、C4a和C4b中的每一個具有相同的電容C。復(fù)位開關(guān)SlaR、SlbR、S2aR、S2bR、S3aR、S3bR、S4aR和S4bR被分別連接到采樣電容 器 Cla、Clb、C2a、C2b、C3a、C3b、C4a 和 C4b。此外，充電開關(guān) SlaC、SlbC、S2aC、S2bC、S3aC、 S3bC、S4aC 和 S4bC 被分別連接到采樣電容器 Cla、Clb、C2a、C2b、C3a、C3b、C4a 和 C4b。此 外，共享開關(guān)SlaS、SlbS、S2aS、S2bS、S3aS、S3bS、S4aS和S4bS被分別連接到采樣電容器 Cla、Clb、C2a、C2b、C3a、C3b、C4a和C4b。以這種方式，三種類型的開關(guān)，即復(fù)位開關(guān)、充電 開關(guān)和共享開關(guān)被連接到采樣電容器Cla、Clb、C2a、C2b、C3a、C3b、C4a和C4b中的每一個。第二級的雙抽頭FIR濾波器104的采樣電容器Clla、Cllb、C12a、C12b、C13a、C13b、 C14a和C14b中的每一個具有相同的電容C。復(fù)位開關(guān)SllaR、SllbR、S12aR、S12bR、S13aR、 S13bR、S14aR 和 S14bR 被分別連接到采樣電容器 Clla, Cllb, C12a、C12b、C13a、C13b、C14a 和 C14b。此外，充電開關(guān) SllaC、SllbC、S12aC、S12bC、S13aC、S13bC、S14aC 和 S14bC 被分 別連接到采樣電容器Clla、Cllb、C12a、C12b、C13a、C13b、C14a和C14b。此外，共享開關(guān) SllaS、SllbS、S12aS、S12bS、S13aS、S13bS、S14aS 和 S14bS 被分別連接到采樣電容器 Clla、 Cllb、C12a、C12b、C13a、C13b、C14a和C14b。以這種方式，三種類型的開關(guān)，即復(fù)位開關(guān)、充 電開關(guān)和共享開關(guān)被連接到采樣電容器Clla、Cllb、C12a、C12b、C13a、C13b、C14a和C14b 中的每一個。圖1所示的復(fù)位開關(guān)、充電開關(guān)和共享開關(guān)中的每一個由針對圖1中的每一個開 關(guān)示出的時鐘信號Φ1至Φ4的波形驅(qū)動。開關(guān)的每一個在時鐘信號Φ1至Φ4的波形的 每一個改變?yōu)楦唠娖降亩〞r相位中接通。例如，共享開關(guān)SlaS和共享開關(guān)SlbS在時鐘信 號Φ 1的波形改變?yōu)楦唠娖降亩〞r相位中接通。此外，充電開關(guān)SlbC在時鐘信號Φ3的波 形改變?yōu)楦唠娖降亩〞r相位中接通。充電開關(guān)SlaC在時鐘信號Φ4的波形改變?yōu)楦唠娖?的定時相位中接通。圖2是示出時鐘信號Φ1至Φ4的波形改變?yōu)楦唠娖降亩〞r的時序圖。如圖2所 示，分別驅(qū)動時鐘信號Φ1至Φ4的波形，使得開關(guān)按順序在時間段(sectiorOTs接通。開關(guān)被分別在與圖1中的開關(guān)附近示出的Φ1至Φ4相對應(yīng)的圖2所示的時鐘信 號Φ1至Φ4的波形改變?yōu)楦唠娖降亩〞r相位中接通。每一個采樣電容器在連接到每一個 采樣電容器的三種類型的開關(guān)之一接通的定時相位中處于復(fù)位狀態(tài)、充電狀態(tài)和共享狀態(tài) 之一。更具體地，每一個采樣電容器在連接到每一個采樣電容器的復(fù)位開關(guān)接通的定時相 位中處于復(fù)位狀態(tài)。每一個采樣電容器在連接到每一個采樣電容器的充電開關(guān)接通的定時 相位中處于充電狀態(tài)。每一個采樣電容器在連接到每一個采樣電容器的共享開關(guān)接通的定 時相位中處于共享狀態(tài)。此外，每一個采樣電容器在連接到每一個采樣電容器的所有開關(guān)斷開的定時相位中處于保持狀態(tài)。在圖1中，連接到第一級FIR濾波器102和第二級FIR濾波器104之間的連接節(jié) 點的電容CP表示在連接節(jié)點中產(chǎn)生的寄生電容。因此，電容CP不作為由實際元件構(gòu)成的 電容器而存在。圖3是示出定時相位和每一個采樣電容器的狀態(tài)之間的關(guān)系的示意圖?？v軸表示 每一個采樣電容器，橫軸表示定時相位。這里，使用第一級FIR濾波器102中的一對采樣電 容器C2b和C2a作為示例，來說明電路操作。首先，參考圖3來說明采樣電容器C2b的狀態(tài)。 當(dāng)復(fù)位開關(guān)S2bR在時鐘信號Φ3的定時相位中接通時，采樣電容器C2b改變?yōu)閺?fù)位狀態(tài)。 于是，對在采樣電容器C2b中積累的電荷放電。接下來，當(dāng)充電開關(guān)S2bC和SlaC在時鐘信 號Φ4的定時相位中接通時，采樣電容器C2b以及采樣電容器Cla改變?yōu)槌潆姞顟B(tài)。在這 種狀態(tài)下，在圖3所示的所有采樣電容器中，僅采樣電容器Cla和采樣電容器C2b處于充電 狀態(tài)。因此，從Gm 106提供的電流的一半流入采樣電容器C2b，其余一半流入采樣電容器 Cla0于是，電荷被存儲在采樣電容器C2b和Cla中。接下來，在時鐘信號Φ 1的定時相位 中，隨著連接到采樣電容器C2b的所有開關(guān)S2bR、S2bC和S2bS斷開，采樣電容器C2b改變 為保持狀態(tài)。于是，保持積累在采樣電容器C2b中的電荷。接下來，在時鐘信號Φ2的定時 相位中，隨著共享開關(guān)S2aS和S2bS被接通，采樣電容器C2b以及采樣電容器C2a改變?yōu)楣?享狀態(tài)。因此，兩個采樣電容器C2b和C2a被連接，并且存儲在兩個采樣電容器C2b和C2a 中的電荷被相加。然后，將相加的電荷傳輸?shù)降诙塅IR濾波器104。在第二級FIR濾波器 104中，充電開關(guān)S13aC和S14bC在時鐘信號Φ 2的定時相位中接通。因此，存儲在第一級 采樣電容器C2a和C2b中的電荷被分配給第二級采樣電容器C13a和C14b，使得四分之一的 電荷被分配給采樣電容器C13a和C14b中的每一個。以類似的方式，當(dāng)復(fù)位開關(guān)S2aR在時鐘信號Φ4的定時相位接通時，采樣電容器 C2a改變?yōu)閺?fù)位狀態(tài)。于是，已經(jīng)積累在采樣電容器C2a中的電荷被放電。接下來，當(dāng)充電 開關(guān)S2aC和S3bC在時鐘信號Φ1的定時相位中接通時，采樣電容器C2a以及采樣電容器 C3b被改變?yōu)槌潆姞顟B(tài)。因此，從Gm 106提供的電流的一半流入采樣電容器C2a。于是，電 荷被存儲在采樣電容器C2a中。接下來，在時鐘信號Φ 2的定時相位中，隨著共享開關(guān)S2aS 和S2bS被接通，采樣電容器C2a以及采樣電容器C2b被改變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)。因此，兩個采樣 電容器C2a和C2b被連接，且存儲在兩個采樣電容器C2a和C2b中的電荷被相加。然后，如 上所述，存儲在第一級采樣電容器C2a和C2b中的電荷被分配給第二級采樣電容器C13a和 C14b，使得每一個電容器具有四分之一的電荷。接下來，在時鐘信號Φ3的定時相位中，隨 著連接到采樣電容器C2a的所有開關(guān)S2aR、S2aC和S2aS被斷開，采樣電容器C2a被改變?yōu)?保持狀態(tài)。于是，保持積累在采樣電容器C2a中的電荷。圖1所示的FIR濾波器100的電路是并聯(lián)周期型電路。針對其它采樣電容器對 (采樣電容器對Cla和Clb、采樣電容器對C3a和C3b以及采樣電容器對C4a和C4b)，通過 移動定時相位來進(jìn)行相似的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。然后，采樣電容器對Cll至C14中的一個被連接到 FIR濾波器100的輸出端子(OUT)，使得在沒有中斷的情況下，連續(xù)輸出電荷。如圖3所示，在電容器C2a和C2b的處于時鐘信號Φ2的定時相位中的共享狀態(tài) 下，獲得存儲在第一級電容器C2a中的一個時鐘前電荷和存儲在第一級電容器C2b中的兩 個時鐘前電荷，使得Gm 106的電流一半一半地流入兩個電容器C2a和C2b，并作為電荷進(jìn)行存儲。因此，積累在電容器C2a和C2b中的每一個中的電荷是輸入電荷的一半。此外，在 共享狀態(tài)下，將電荷分配給第二級的兩個采樣電容器C13a和C14b，并將輸入電荷的四分之 一傳輸給第二級的兩個采樣電容器C13a和C14b中的每一個。因此，由表達(dá)式1來表示第 η個時鐘處的第一級的輸出電荷Qoutl (η)。表達(dá)式1 在表達(dá)式1中，Qinl(n-l)表示一個時鐘之前存儲在第一級采樣電容器中的電荷， 且Qinl (n-2)表示兩個時鐘之前存儲在第一級采樣電容器中的電荷。當(dāng)對表達(dá)式1進(jìn)行ζ 變換時，通過表達(dá)式2獲得Qout和Qin之間的關(guān)系。表達(dá)式2
Qoutllz) ζ"1 + ζ-2 此外，在第二級中，在共享狀態(tài)下，獲得存儲在第二級的兩個采樣電容器中的一個 時鐘前電荷和兩個時鐘前電荷，使得將第一級的輸出電荷一半一半地分配到兩個采樣電容 器中。因此，上述電荷中的每一個是第一級的輸出電荷的一半。因此，通過表達(dá)式3表示第 二級的輸出電荷。表達(dá)式3
表達(dá)式 3當(dāng)對表達(dá)式3進(jìn)行ζ變換時，通過表達(dá)式4獲得第二級輸出Qout2和第一級輸出 Qoutl之間的關(guān)系。表達(dá)式4 此外，根據(jù)表達(dá)式2和表達(dá)式4，通過表達(dá)式5獲得第二級輸出Qout2和第一級輸 入Qinl之間的關(guān)系。表達(dá)式5 如上所述，可以看出，作為串聯(lián)連接雙抽頭FIR濾波器的結(jié)果，在圖1所示的電路 巾 才由lFIRiitM:||。$“New high frequency, low-power FIR SC circuit (parallel cyclic type circuit) " Shingakuron (A), vol. 75-A, No. 1，PP. 27-38，Jan.，1992 的 3. 1 節(jié) 中指出隨著并聯(lián)周期型電路的階增加，所需的電容器的數(shù)量與該階的平方成比例地增大，因此適合通過串聯(lián)連接低階電路來形成高階濾波器。 然而，如上所述，在第一級的雙抽頭FIR濾波器和第二級的雙抽頭FIR濾波器之間 的連接節(jié)點中存在寄生電容CP。寄生電容CP是由在開關(guān)中使用的金屬氧化物半導(dǎo)體場效 應(yīng)晶體管(MOSFET)的電容引起的。圖4是示出在MOSFET中產(chǎn)生的電容的示意圖。如圖4 所示，在MOSFET中產(chǎn)生了在漏極和柵極之間以及在漏極和地之間產(chǎn)生的電容(Cgd+Cjd)， 以及在源極和柵極之間以及在源極和地之間產(chǎn)生的電容(Cgs+Cjs)。在圖1所示的電路中，關(guān)注第一級FIR濾波器102和第二級FIR濾波器104之間 的節(jié)點 108。十六個開關(guān) SlaS、SlbS, S2aS、S2bS、S3aS、S3bS、S4aS、S4bS、SllaC、SllbC、 S12aC、S12bC、S13aC、S13bC、S14aC和 S14bC連接到節(jié)點108。因此，節(jié)點108的寄生電容 在圖1所示的電路中最大。如上述"New high frequency, low-power FIR SC circuit (parallelcyclic type circuit) "Shingakuron (A) ,vol. 75-A,No. 1，PP. 27-38，Jan.，1992 中的圖 4“IIR operation with cyclic charge readout”所示，已知作為寄生電容CP的結(jié)果，形成具有由表達(dá)式6表 示的傳遞函數(shù)的IIR濾波器。表達(dá)式6 在表達(dá)式6中，α由下面的表達(dá)式7表示。表達(dá)式7 例如，在圖1所示的電路中，如果假設(shè)每一個開關(guān)的一側(cè)的寄生電容是20fF，則當(dāng) 開關(guān)數(shù)是16時，總寄生電容是CP = 320fF。該值對應(yīng)于表達(dá)式7中的CH。如果假設(shè)一個采樣電容器的電容是250fF，則四個采樣電容器在每一個定時相位 被連接到節(jié)點108。因此，四個采樣電容器的總電容是1000fF。此外，對每一個采樣電容 器附加三種類型的開關(guān)，即復(fù)位開關(guān)、充電開關(guān)和共享開關(guān)。因此，產(chǎn)生總共十二個開關(guān)的 寄生電容。如果假設(shè)每一個開關(guān)一側(cè)的寄生電容是20fF，則當(dāng)開關(guān)的數(shù)量是12時，產(chǎn)生 240fF的寄生電容。因此，如果對在每一個定時相位連接到節(jié)點108的電容求和，通過等 式1000fF+240fF = 1240fF獲得求和值。該值對應(yīng)于表達(dá)式7中的CK。然后，如果將Ch = 320fF和Ck = 1240fF代入表達(dá)式7，則獲得等式α = 0. 205。結(jié)果，當(dāng)圖1所示的電路以采樣時間Ts = Ins工作時，如圖5所示，依據(jù)是否存在 寄生電容CP，產(chǎn)生頻率特性的改變。圖5中的實線示出的頻率特性表示α =0的情況。同 時，圖5中的虛線示出的頻率特性表示α = 0. 205的上述情況。從圖5發(fā)現(xiàn)，由于產(chǎn)生寄 生電容CP，頻帶變窄。由于串聯(lián)連接雙抽頭FIR濾波器102和104引起上述結(jié)果。這樣，由于僅串聯(lián)連 接兩個雙抽頭FIR濾波器，產(chǎn)生上述頻率特性的改變。當(dāng)使用高階FIR濾波器時，使用更多 開關(guān)，因此可以看出，產(chǎn)生顯著的頻率特性的改變。(2)根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的濾波電路的結(jié)構(gòu)和操作
考慮到上述情況，提供不引起頻率特性的改變的電荷疇FIR濾波器，作為根據(jù)本 發(fā)明第一實施例的濾波電路。圖6示出圖1所示的電荷疇FIR濾波器100的框圖。使用該框圖來闡明解決問題 的過程。圖6的左半部分示出第一級的雙抽頭FIR濾波器，圖6的中央示出寄生電容產(chǎn)生 的IIR濾波器，圖6的右半部分示出第二級的雙抽頭FIR濾波器。在圖6中，丨4表示系數(shù) 為4的抽取(decimation 4，從4個樣本信號中去除三個樣本信號的處理)，丨4表示系數(shù) 為4的內(nèi)插(interpolation 4，將信號“0”加到進(jìn)行了系數(shù)為4的抽取的樣本中的處理)。 此外，Ζ"1表示一個樣本時間的延遲，Z_4表示四個樣本時間的延遲。即使將第一級系數(shù)為4的抽取和第一級系數(shù)為4的內(nèi)插的位置移動到雙抽頭FIR 濾波器的加法器的后側(cè)，這些位置也等同。因此，圖6所示的框圖可以變形為圖7所示的框 圖。此外，當(dāng)查看由圖7中的虛線包圍的部分時，發(fā)現(xiàn)通過并聯(lián)設(shè)置節(jié)點，可以將第一級和 第二級之間的連接節(jié)點108分割為四個節(jié)點。結(jié)果，獲得圖8所示的框圖。圖8中的虛線包圍的部分表示在并聯(lián)連接的同時、連接第一級FIR濾波器和第二 級FIR濾波器的節(jié)點。在這種情況下，寄生電容也被分割為四個寄生電容，寄生IIR濾波器 的數(shù)量也是4。以這種方式分割為多個路徑的濾波電路是稱為N路濾波器的電路。在N路 濾波器中，獲得帶寬是原始濾波器的帶寬的1/N的窄帶濾波器(在本實施例中N = 4)。如 果寄生IIR濾波器的頻帶改變?yōu)?/N帶，并且這種改變降低了對FIR濾波器的頻率特性的 影響，則這用于解決上述寄生電容問題。此外，作為形成N路濾波器的結(jié)果，獲得寄生電容 的電荷的放電定時。因此，可以根本地解決該問題?？紤]到上述情況，圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電荷疇FIR濾波器200的 示意圖。通過將圖1所示的FIR濾波器100分割為四個路徑，并且基于圖8改變FIR濾波 器102和104之間的連接，獲得圖9所示的FIR濾波器200。僅四個開關(guān)連接到節(jié)點110、 112、114和116的每一個。因此，寄生電容是80fF，并且圖8中的IIR濾波器的系數(shù)β是 β = 0. 06。當(dāng)FIR濾波器200以采樣時間Ts = Ins工作時，頻率特性如圖10中的4路線 所示。因此，與圖1中的電路的特性(圖10中的1路線所示)相比，可以大大減小頻率特 性的改變。根據(jù)上述第一實施例，在通過串聯(lián)連接雙抽頭FIR濾波器102和104形成的電荷 疇FIR濾波器200中，將第一級和第二級之間的連接節(jié)點108分割為具有并聯(lián)設(shè)置。因此， 可以減小由寄生電容引起的頻率特性的改變。2.第二實施例接下來，描述本發(fā)明的第二實施例。如上所述，在根據(jù)第一實施例的電荷疇FIR濾 波器200中，通過進(jìn)行并聯(lián)布置，將第一級和第二級之間的連接節(jié)點108分割為多個節(jié)點。 因此，可以減小由寄生電容引起的頻率特性的改變。圖11是示出圖1所示的電荷疇FIR濾 波器100和根據(jù)第一實施例的電荷疇FIR濾波器200的組延遲時間的特性圖。如圖11所 示，當(dāng)比較基于組延遲時間的頻率特性時，可以看出在4路電荷疇FIR濾波器200中產(chǎn)生了 短波長的波。在根據(jù)本發(fā)明第二實施例中，當(dāng)相位特性重要時，將作為N路濾波器的寄生電容 復(fù)位。圖12是示出根據(jù)第二實施例的電荷疇FIR濾波器300的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖12所 示，在根據(jù)第二實施例的電荷疇FIR濾波器300中，將復(fù)位開關(guān)SP1R、SP2R、SP3R和SP4R增
11加到圖10所示的電路中，以復(fù)位寄生電容。在本示例中，將接通復(fù)位開關(guān)SP1R、SP2R、SP3R和SP4R中的每一個的定時相位確 定為使第一級采樣電容器進(jìn)入共享狀態(tài)之前一個時鐘的定時。更具體地，復(fù)位開關(guān)SPlR在 時鐘信號Φ4走高的定時接通，復(fù)位開關(guān)SP2R在時鐘信號Φ1走高的定時接通。復(fù)位開關(guān) SP3R在時鐘信號Φ 2走高的定時接通，復(fù)位開關(guān)SP4R在時鐘信號Φ 3走高的定時接通。注 意，接通復(fù)位開關(guān)SP1R、SP2R、SP3R和SP4R中的每一個的定時相位不限于上述示例。只要 使用N路濾波器，可以在從使第一級采樣電容器進(jìn)入共享狀態(tài)之前、一個時鐘到(N-I)個時 鐘的時間段期間的定時相位處接通復(fù)位開關(guān)SP1R、SP2R、SP3R和SP4R中的每一個。然后，通過復(fù)位寄生電容CPl至CP4，由寄生電容形成的IIR濾波器消失。于是，可 以獲得圖10和圖11所示的“無寄生電容”的特性。因此，可以減小由寄生電容引起的頻率 特性的改變，以及抑制相位特性的劣化。根據(jù)上述第二實施例，在通過分割第一級和第二級之間的連接節(jié)點108而形成的 N路結(jié)構(gòu)中，連接節(jié)點110、112、114和116中的每一個設(shè)置有復(fù)位開關(guān)，并使作為N路濾波 器的寄生電容消失。因此，可以減小由寄生電容引起的頻率特性的改變，以及抑制相位特性 的劣化。3.第三實施例接下來，描述本發(fā)明的第三實施例。在第三實施例中，代替增加在第二實施例中描 述的復(fù)位開關(guān)，延長已有開關(guān)的接通時間，以復(fù)位寄生電容。圖13是示出根據(jù)第三實施例的時鐘信號的特性圖。在第三實施例中，除了時鐘信 號Φ1至Φ4之外，還新提供了時鐘信號Φ^Φ^^Φ^和Φ3,4。如圖13所示，時鐘信號 Φ4>1是在時鐘信號Φ1和Φ4走高的定時走高的信號，且時鐘信號O1,2是在時鐘信號Φ1 和Φ2走高的定時走高的信號。時鐘信號Φ2,3是在時鐘信號Φ2和Φ3走高的定時走高 的信號，且時鐘信號Φ3,4是在時鐘信號Φ3和Φ4走高的定時走高的信號。時鐘信號Φ4,
O1,2> Φ2,3和Φ3,4用來通過延長已有開關(guān)的接通時間來對寄生電容進(jìn)行放電。圖14是示出根據(jù)第三實施例的電荷疇FIR濾波器400的結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖14 所示的結(jié)構(gòu)中，與圖川所示的結(jié)構(gòu)相比，通過新提供的時鐘信號①^①工，”①㈡和①^來 操作第二級 FIR 濾波器 104 的充電開關(guān) S12aC、S13bC、S13aC、S14bC、S14aC、SllbC、SllaC 和S12bC。更具體地，在參考圖3描述的充電定時相位和復(fù)位定時相位兩者中，接通充電開 關(guān) S12aC、S13bC、S13aC、S14bC、S14aC、SllbC、SllaC 和 S12bC。因此，可以在第二級 FIR 濾 波器104的復(fù)位定時相位同時復(fù)位寄生電容CPl至CP4。在每一個路徑上提供至少一個用 來延長接通時間的開關(guān)便足夠了。根據(jù)第三實施例，操作第二級FIR濾波器104的充電開關(guān)S12aC、S13bC、S13aC、 S14bC、S14aC、SllbC、SllaC和S12bC，使得它們在充電定時相位和復(fù)位定時相位兩者處接 通。因此，在不新提供開關(guān)的情況下，可以通過對充電開關(guān)的操作來復(fù)位寄生電容CPl至 CP4。4.第四實施例接下來，描述本發(fā)明的第四實施例。如上所述，在第二和第三實施例中，通過提供 復(fù)位開關(guān)或者增加新的時鐘信號來復(fù)位寄生電容。例如，在由于消耗的電功率增加而不允 許增加用于復(fù)位寄生電容的復(fù)位開關(guān)或者增加時鐘信號時，適用第四實施例。
圖15是示出根據(jù)第四實施例的電荷疇FIR濾波器500的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖15 所示，第二級充電開關(guān)S12aC、S13aC、S14aC和SllaC被恒定地維持在接通狀態(tài)。因此，寄 生電容CPl至CP4被與第二級采樣電容器C12a、C13a、C14a和Clla并聯(lián)連接。通過以這 種方式將第二級充電開關(guān)S12aC、S13aC、S14aC和SllaC恒定地維持在接通狀態(tài)，對于第二 級采樣電容器C12a、C13a、C14a和Clla中的一部分，可以使用寄生電容CPl至CP4。因此， 如果復(fù)位開關(guān)S12aR，S13aR, S14aR和SllaR接通，則在對采樣電容器的電荷進(jìn)行放電的同 時，對寄生電容CPl至CP4的電荷進(jìn)行放電。隨著驅(qū)動的開關(guān)的數(shù)量減少，期望減少消耗的 電功率。對于恒定地維持在接通狀態(tài)的開關(guān)，僅對每一個連接節(jié)點設(shè)置一個開關(guān)。根據(jù)上述第四實施例，第二級充電開關(guān)S12aC、S13aC、S14aC和SllaC恒定地維持 在接通狀態(tài)。因此，可以在第二級采樣電容器C12a、C13a、C14a和Clla的復(fù)位定時復(fù)位寄 生電容CPl至CP4。因此，開關(guān)的數(shù)量被減少，且可以提供簡單的結(jié)構(gòu)。同時，驅(qū)動的開關(guān)的 數(shù)量被減少，因此可以減少消耗的電功率。5.第五實施例接下來，描述本發(fā)明的第五實施例。在第五實施例中，主動使用寄生電容來加寬頻
市ο圖16是示出根據(jù)第五實施例的電荷疇FIR濾波器600的結(jié)構(gòu)的示意圖。根據(jù)第 五實施例的FIR濾波器600具有差動結(jié)構(gòu)，其由串聯(lián)連接雙抽頭FIR濾波器102和104的 FIR濾波器和串聯(lián)連接雙抽頭FIR濾波器102X和104X的FIR濾波器形成。將具有彼此相 反的相位的差分信號輸入到輸入端子IN和輸入端子INX。在圖16所示的電荷疇FIR濾波器600中，將整個電路形成為差動結(jié)構(gòu)。因此，兩 個電路的相同節(jié)點處的信號電壓具有相反的符號，它們的相位是正相位和負(fù)相位。例如，在 圖16中，節(jié)點110和節(jié)點IlOX處的信號電壓的相位是正相位和負(fù)相位，且節(jié)點112和節(jié)點 112X處的信號電壓的相位是正相位和負(fù)相位。此外，節(jié)點114和節(jié)點114X處的信號電壓的 相位是正相位和負(fù)相位，節(jié)點116和節(jié)點116X處的信號電壓的相位是正相位和負(fù)相位。如圖16所示，連接了正相位路徑1(節(jié)點110)和負(fù)相位路徑3 (節(jié)點114X)，并且 連接了正相位路徑2(節(jié)點112)和負(fù)相位路徑4(節(jié)點116X)。此外，連接了正相位路徑 3(節(jié)點114)和負(fù)相位路徑1(節(jié)點110X)，并且連接了正相位路徑4(節(jié)點116)和負(fù)相位 路徑2 (節(jié)點112X)。這樣，對根據(jù)第五實施例的電荷疇FIR濾波器600，在產(chǎn)生寄生電容的各節(jié)點中， 將定時相位彼此偏移N/2的節(jié)點連接到一起。于是，分別在節(jié)點110、112、114和116中，加 上N/2前定時相位的信號作為相反的相位。這樣，當(dāng)連接了正相位路徑1至路徑N/2和負(fù) 相位路徑N/2+1至路徑N時，通過使用寄生電容，可以形成具有由下面的表達(dá)式8表示的傳 遞函數(shù)的N/2階IIR帶通濾波器。在表達(dá)式8中，在IIR帶通濾波器中增加了偏移N/2定 時相位的相反相位信號。因此，在右邊的分母中將α 2_2)與1相加。表達(dá)式8
rr (I—僅niIR2\Z)-^表達(dá)式 8
l + a-z 2在圖16的情況下，如果每一個開關(guān)的一側(cè)的寄生電容是20fF，則正相位和負(fù)相位中總共8個開關(guān)的寄生電容是CP= 160fF，這對應(yīng)于表達(dá)式7中的CH。此外，如果每一 個采樣電容器的電容是250fF，則因為在每一個定時相位中四個采樣電容器被連接到該節(jié) 點，所以總電容是1000fF。此外，因為對四個電容器中的每一個附加三種類型的開關(guān)，即復(fù) 位開關(guān)、充電開關(guān)和共享開關(guān)，所以還增加了總共12個開關(guān)的240fF的寄生電容。于是， 1000+240 = 1240fF對應(yīng)于表達(dá)式7中的CK。當(dāng)將這些值代入表達(dá)式7中時，得到α = 0.114。圖17是示出當(dāng)電荷疇FIR濾波器600以采樣時間Ts = Ins工作時的頻率特性的 特性圖。根據(jù)第五實施例的電荷疇FIR濾波器600的頻率特性在圖17中被表示為特性“存 在寄生電容”。如圖17所示，在根據(jù)第五實施例的電荷疇FIR濾波器600中，與特性“無寄 生電容”相比，頻帶加寬。因此，通過主動使用正相位和負(fù)相位中的寄生電容，可以加寬頻帶ο注意，如圖18所示，當(dāng)比較基于組延遲時間的頻率特性時，與“無寄生電容”的情 況相比，在根據(jù)第五實施例的濾波器600( “存在寄生電容”)的情況下產(chǎn)生一些波動。然 而，也可以比在圖11所示的“4路”線路的情況下更多地減小這些波動。6.第六實施例第六實施例涉及設(shè)置有根據(jù)上述每一個實施例的電荷疇FIR濾波器的通信設(shè)備 700。圖19是示出通信設(shè)備700的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖19所示，根據(jù)第六實施例的通信設(shè)備700包括數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分710、信號處理 電路720、頻率轉(zhuǎn)換器740、本地信號產(chǎn)生器730、電功率放大器750、帶限濾波器760和天線 770。數(shù)據(jù)產(chǎn)生部分710產(chǎn)生要從通信設(shè)備700發(fā)送的數(shù)據(jù)，將其輸入到信號處理電路 720。在信號處理電路720中進(jìn)行諸如D/A轉(zhuǎn)換、編碼和調(diào)制的處理。因此，產(chǎn)生基帶傳輸 信號或者中間頻率(IF)帶傳輸信號。將來自信號處理電路720的傳輸信號輸入到頻率轉(zhuǎn) 換器(混合器)740，并將其乘以來自本地信號產(chǎn)生器730的本地信號。作為將傳輸信號乘 以本地信號的結(jié)果，傳輸信號被頻率轉(zhuǎn)換為射頻(RF)帶信號。換句話說，傳輸信號被上轉(zhuǎn) 換(up-converted)。電功率放大器750將由頻率轉(zhuǎn)換器740對傳輸信號進(jìn)行上轉(zhuǎn)換而獲得的RF信號 放大，之后將其輸入到帶限濾波器760。帶限濾波器760對RF信號進(jìn)行帶限制，從RF信號 去除不需要的分量。然后，將產(chǎn)生的RF信號提供給天線770。注意，可以使用根據(jù)上述每一 個實施例的各種類型的電荷疇FIR濾波器作為帶限濾波器760。根據(jù)上述第六實施例，當(dāng)使用根據(jù)第一至第五實施例中的任意一個的FIR濾波器 作為通信設(shè)備700的帶限濾波器760時，可以可靠地抑制在提供給天線770的信號中出現(xiàn) 的波形擾動。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計需要或者其它因素，在所附權(quán)利要求或者其 等同物的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變形、組合、子組合和變化。本申請包含與在2009年5月13日在日本專利局提交的日本在先專利申請JP 2009-116728中公開的主題相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容通過引用包含于此。
權(quán)利要求
一種濾波電路，包括電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；第一電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第一電容器單元中，從所述電壓電流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第一電容器單元將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第二電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第二電容器單元中，從所述第一電容器單元輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第二電容器單元將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；以及多個連接節(jié)點，其分別連接所述第一電容器單元中輸出電荷的給定電容器和所述第二電容器單元中由所述電荷的輸出引起的電流信號所輸入到的電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波電路，其中，所述多個連接節(jié)點配有用于復(fù)位寄生電容 的復(fù)位開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波電路，其中，在屬于所述第二電容器單元的每一個電容 器的復(fù)位周期中，相應(yīng)電容器連接到的連接節(jié)點的寄生電容被復(fù)位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波電路，其中，屬于所述第二電容器單元的特定電容器被 恒定地連接到所述連接節(jié)點，并且在所述特定電容器的復(fù)位周期中，所述特定電容器連接 到的連接節(jié)點的寄生電容被復(fù)位。
5.一種濾波電路，包括第一電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的正相位電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號； 第一電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第一電容器單元中，從所述第一電壓電 流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序在每一個周期輸入到每一個電容器，所述第一電容器 單元將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第二電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第二電容器單元中，從所述第一電容器 單元輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第二電容器單元 將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第一多個連接節(jié)點，其分別連接所述第一電容器單元中輸出電荷的給定電容器和所述 第二電容器單元中由所述電荷的輸出引起的電流信號所輸入到的電容器；第二電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的負(fù)相位電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號； 第三電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第三電容器單元中，從所述第二電壓電 流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第三電容 器單元將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第四電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第四電容器單元中，從所述第三電容器 單元輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第四電容器單元 將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第二多個連接節(jié)點，其分別連接所述第三電容器單元中輸出電荷的給定電容器和所述 第四電容器單元中由所述電荷的輸出引起的電流信號所輸入到的電容器；以及第三多個連接節(jié)點，其連接所述第一多個連接節(jié)點中的每一個和所述第二多個連接節(jié) 點中的每一個。
6.一種通信設(shè)備，其包括濾波電路，所述濾波電路包括電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號； 第一電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第一電容器單元中，從所述電壓電流轉(zhuǎn) 換部分輸出的電流信號被按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第一電容器單 元將所述電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第二電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在所述第二電容器單元中，從所述第一電容器 單元輸出的電流信號按順序在每一個周期中輸入到每一個電容器，所述第二電容器單元將 電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；以及多個連接節(jié)點，其分別連接所述第一電容器單元中輸出電荷的給定電容器和所述第二 電容器單元中由所述電荷的輸出引起的電流信號所輸入到的電容器。
全文摘要
一種濾波電路和通信設(shè)備。濾波電路包括電壓電流轉(zhuǎn)換部分，其將輸入到輸入端子的電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號；第一電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第一電容器單元中，從電壓電流轉(zhuǎn)換部分輸出的電流信號被按順序輸入到各電容器，該單元將電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；第二電容器單元，其由多個電容器構(gòu)成，在第二電容器單元中，從第一電容器單元輸出的電流信號被按順序輸入到各電容器，該單元將電流信號所輸入到的一組電容器的電荷相加并輸出；以及多個連接節(jié)點，分別連接第一電容器單元中的給定電容器和第二電容器單元中的電容器。
文檔編號H03H19/00GK101888222SQ201010173928
公開日2010年11月17日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者吉澤淳, 飯?zhí)镄疑?申請人:索尼公司