專利名稱：一種有源-電阻電容濾波器的自動頻率校正方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計中的有源濾波器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于有源-電阻電容濾波器的自動頻率校正方法和電路。
背景技術(shù)：
濾波器是射頻接收機(jī)中的重要模塊，為模擬基帶進(jìn)行信號頻率的選擇。無線通信領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，頻率帶寬資源越來越緊張，這就導(dǎo)致了在電子通信中對濾波器的性能要求越來越嚴(yán)格。為了提高頻帶利用率，相鄰頻道之間的間距通常很小，此時濾波器的選頻能力對無線系統(tǒng)的重要性越發(fā)明顯。CMOS工藝制造時的工藝波動會導(dǎo)致集成元件的參數(shù)值產(chǎn)生偏差，通常電阻的偏差在15% 30%，電容的偏差在15%左右。另外環(huán)境溫度也對電阻電容器件的大小會有影響。而 有源-電阻電容濾波器的截止頻率，對電阻電容的偏差十分敏感，因為
/c = —^
IkRC
可見由電阻電容的偏差引起的截止頻率偏差最大可能到50%。這對濾波器的選頻性能造成很大的影響。目前解決濾波器截止頻率偏差的一種方法是利用熔絲進(jìn)行片內(nèi)器件的修正，將濾波器的電阻或電容設(shè)計成陣列，在測試芯片之后如果濾波器截止頻率有偏差，就通過大電壓燒斷熔絲來調(diào)整電阻或電容的大小，從而使截止頻率調(diào)整到準(zhǔn)確的值。另一種方法就是通過自動頻率校正電路來校正截止頻率的偏差。自動頻率校正電路根據(jù)校正對象的不同，分為可連續(xù)的校正和離散的校正?？蛇B續(xù)的校正通常是通過一個校正電壓來控制可變的電阻或跨導(dǎo)元件；離散的校正則是通過控制字選擇電阻或電容陣列的大小。前者的優(yōu)點是校正的精度高，缺點是校正電路需要更大的面積；后者的優(yōu)點是校正電路簡單，缺點是校正的精度低。對于有源-電阻電容型濾波器的自動頻率校正，常見的校正方法只能針對一個可變元件進(jìn)行校正，適用于巴特沃斯型和切比雪夫型濾波器，而反切比雪夫型和橢圓型濾波器則不適用，因為后兩種濾波器含有傳輸零點導(dǎo)致需要校正的電容多于I個。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述濾波器校正電路只能校正單個可變元件的問題，本發(fā)明提供了一種自動頻率校正方法和電路，通過檢測電阻電容乘積隨工藝和溫度等原因造成的偏差量，計算電阻電容偏差系數(shù)，將偏差系數(shù)補償?shù)綖V波器的電容值上，來使濾波器得到相對準(zhǔn)確的截
止頻率。本發(fā)明提供的自動頻率校正方法，具體步驟為
(1)產(chǎn)生與電阻相關(guān)的電流對電容充電；
(2)比較器檢測充電電壓，同時數(shù)字邏輯電路記錄充電時間；(3)計算電阻電容偏差系數(shù)，并將偏差系數(shù)補償?shù)綖V波器的電容上。步驟(I)所述產(chǎn)生與電阻相關(guān)的電流對電容充電，是通過一個參考電壓，用電壓電流轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生一個基準(zhǔn)電流，由于片上電阻隨工藝和溫度的偏差，此電流是有偏差的電流；用此電流的鏡像電流對電容充電，由于電容大小也是隨工藝和溫度變化的，因此充電時間同時受到電阻和電容的影響。從而建立了電阻電容與時間的關(guān)系。步驟(2 )所述比較器檢測充電電壓，同時數(shù)字電路記錄充電時間，是通過比較電容電壓和參考電壓大小，當(dāng)電容電壓大小達(dá)到參考電壓時，則充電計時結(jié)束。以晶體振蕩器產(chǎn)生的數(shù)字電路時鐘作為基準(zhǔn)，通過數(shù)字邏輯電路中的計數(shù)器計數(shù)，得到電容電壓充電到參考電壓時的計數(shù)值，即充電的時間。步驟(3)所述計算電阻電容偏差系數(shù)，并將偏差系數(shù)補償?shù)綖V波器的電容上，是計算理想充電時間與實際充電時間的比值，得到電阻電容偏差系數(shù)。將這個系數(shù)和預(yù)設(shè)的電容個數(shù)相乘，得到實際需要的電容個數(shù)。 本發(fā)明提供的自動頻率校正電路，其結(jié)構(gòu)包括
電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，用于產(chǎn)生隨電阻偏差的電流；
電容充電模塊，用于復(fù)制有偏差的電流對有偏差的電容進(jìn)行充電；
比較器模塊，用于判斷電容電壓是否充電到參考電壓，若達(dá)到則輸出高電平；
數(shù)字邏輯模塊，用于控制充電模塊的工作，并計算電阻電容的偏差系數(shù)和濾波器的電容控制字。所述的電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，使用運放的負(fù)反饋連接，用參考電壓Vref作為輸入的 一端，另一端的電壓會被嵌位到與參考電壓Vref同樣大小，此電壓作用在電阻上，產(chǎn)生電流
I=Vref/RO從而將參考電壓Vm轉(zhuǎn)換到參考電流。由于片上電阻R隨工藝和溫度的偏差，此電流是有偏差的電流。所述的電容充電模塊，受數(shù)字邏輯模塊控制，先將電容短路地電位進(jìn)行放電操作，再用所述的參考電流對電容C進(jìn)行充電，則電容上的電壓從0開始上升。由于片上電容C隨工藝和溫度的偏差，充電的時間快慢是隨工藝和溫度偏差，有t=Q/I=(Vc*C)/(VMf/R)。電阻電容乘積隨工藝偏差因此體現(xiàn)在充電時間的大小上。所述的比較器模塊，比較電容電壓和參考電壓的大小，當(dāng)前者隨著電容充電而增大并達(dá)到后者的大小時，輸出高電平到數(shù)字邏輯電路，控制數(shù)字邏輯電路中的計數(shù)器，使計數(shù)器停止計數(shù)。因此有t=(Vc*C)/(Vref/R)=RC=NT，充電時間為N個時鐘周期T，并且等于RC乘積。所述的數(shù)字邏輯模塊，在比較器輸出高電平時停止計數(shù)，得到計數(shù)值N，將預(yù)設(shè)的理想計數(shù)值Ntl與此計數(shù)值N做除法運算，得到的商為電阻電容乘積隨工藝和溫度偏差的系數(shù)大小kz^/N。數(shù)字邏輯模塊將系數(shù)k與電容的控制字相乘，得到新的控制字。所述數(shù)字邏輯模塊中的除法運算，使用逐次比較、余數(shù)移位的算法。假設(shè)二進(jìn)制數(shù)A除以B，算法為當(dāng)A>B時，商左移一位并將其最低位置為1，同時將余數(shù)即A-B左移一位作為新的被除數(shù)A ;當(dāng)A〈B時，商左移一位并將其最低位置為0，同時將余數(shù)即A左移一位作為新的被除數(shù)A。根據(jù)商的精度要求，控制上述算法循環(huán)的次數(shù)。有益效果
本發(fā)明提供的自動頻率校正方法和電路，檢測出電阻電容乘積的偏差，計算出偏差的系數(shù)大小，將該系數(shù)補償?shù)揭Ｕ碾娙菘刂谱稚?，實現(xiàn)濾波器的自動頻率校正。由于得到該偏差系數(shù)后，在數(shù)字邏輯電路中可以方便地將該系數(shù)補償?shù)蕉鄠€不同的電容控制字，所以該自動頻率校正方法和電路不僅實現(xiàn)了一般的頻率校正電路所具有的功能，并且具有適用于校正多個可變元件的優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明使用的有源-電阻電容型濾波器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I中電容所采用的陣列結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為本發(fā)明提供的濾波器自動頻率校正電路示意圖。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為本發(fā)明使用的濾波器結(jié)構(gòu)中多級級聯(lián)中的一級的電路結(jié)構(gòu)，它是傳輸函數(shù)包含兩個極點和兩個零點的雙二次(Biquad)結(jié)構(gòu),用來實現(xiàn)橢圓型函數(shù)的濾波器。此結(jié)構(gòu)的濾波器對應(yīng)有極點頻率fp=l/ [2 * (R2R4C1C2)1/2]和零點頻率fz=l/ [2 Ji* (R2R3C2C3)1/2]。濾波器的頻率校正通過調(diào)整電容C1X2和C3的大小來實現(xiàn)，電容的結(jié)構(gòu)如圖2所示，是二進(jìn)制權(quán)重的單元電容陣列，所以電容控制字就是該電容所包含的單元電容的個數(shù)。自動頻率校正就是針對電容控制字進(jìn)行調(diào)整。圖3為本發(fā)明提供的濾波器自動頻率校正電路示意圖。包含電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，用于產(chǎn)生隨電阻偏差的電流；電容充電模塊，用于復(fù)制有偏差的電流對有偏差的電容進(jìn)行充電；比較器模塊，用于判斷電容電壓是否充電到參考電壓，若達(dá)到則輸出高電平；數(shù)字邏輯模塊，控制充電模塊的工作，并計算電阻電容的偏差系數(shù)和濾波器的電容控制字。所述的電壓電流轉(zhuǎn)換模塊通過負(fù)反饋連接的運放A、電阻R、M0S管Ml和MOS管M3實現(xiàn)。運放A的一端連接參考電壓VMf，由于負(fù)反饋的作用另一端的電壓也被嵌位到參考電壓VMf，此電壓加到電阻R上，于是在電阻上流過大小為I1=UR的電流。所述的電容充電模塊由MOS管M2、M4、M5和電容C構(gòu)成。MOS管M2的溝道寬長比(W/L)是Ml的B倍，所以M2的電流按比例1:B復(fù)制Ml的電流，即I2=BW1=BWrefZR,此電流給電容C充電。MOS管M5作為開關(guān)管，由數(shù)字邏輯模塊控制其通斷。所述的比較器模塊將電容C上的電壓\和參考電壓VMf作為輸入，Vc的大小逐漸增大，當(dāng)其達(dá)到時，比較器輸出高電平到數(shù)字邏輯模塊。所述的數(shù)字邏輯模塊通過輸出信號到MOS管M5控制電容的放電(高電平時)或者充電(低電平時)；由比較器的輸出結(jié)果判斷是否繼續(xù)計數(shù)，當(dāng)比較器輸出為低電平時，繼續(xù)計數(shù)，當(dāng)比較器輸出為高電平時，停止計數(shù)。數(shù)字邏輯模塊通過除法運算計算預(yù)設(shè)理想計數(shù)值Ntl與實際計數(shù)器值N之間的比值，得到偏差系數(shù)k。此偏差系數(shù)k被補償?shù)诫娙莸目刂谱稚?。下面說明這一自動頻率校正電路的工作過程。包括以下步驟
步驟I、電路初始化導(dǎo)通MOS管M5管將電容C放電至地電平；數(shù)字邏輯將計數(shù)器值置為O。步驟2、電容充電關(guān)斷MOS管M5管，電流I2對電容C充電，電壓升高；同時計數(shù)器開始計數(shù)。 步驟3、計數(shù)結(jié)束當(dāng)電容電壓V。達(dá)到參考電壓Vref時，比較器輸出高電平，計數(shù)器停止計數(shù)。步驟4、邏輯運算數(shù)字邏輯電路進(jìn)行除法運算，計算出偏差系數(shù)k，并計算補償后的電容控制字，輸出到濾波器電容。綜上所述，本發(fā)明通過檢測出電阻電容乘積的偏差，計算出偏差的系數(shù)大小，將該系數(shù)補償?shù)揭Ｕ碾娙菘刂谱稚希瑢崿F(xiàn)濾波器的自動頻率校正。由于得到該偏差系數(shù)后，在數(shù)字邏輯電路中可以方便地將該系數(shù)補償?shù)蕉鄠€不同的電容控制字，所以該自動頻率校正方法和電路不僅實現(xiàn)了一般的頻率校正電路所具有的功能，并且具有適用于校正多個可變元件的優(yōu)點。最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的 技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.ー種有源-電阻電容濾波器的自動頻率校正方法，其特征在于，具體步驟為 (1)產(chǎn)生與電阻相關(guān)的電流對電容充電； (2)比較器檢測充電電壓，同時數(shù)字電路記錄充電時間； (3)計算電阻電容偏差系數(shù)，并將偏差系數(shù)補償?shù)綖V波器的電容上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動頻率校校正方法，其特征在于步驟(I)所述產(chǎn)生與電阻相關(guān)的電流對電容充電，是通過ー個參考電壓，用電壓電流轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生ー個基準(zhǔn)電流，由于片上電阻隨エ藝和溫度的偏差，此電流是有偏差的電流；用此基準(zhǔn)電流的鏡像電流對電容充電，由于電容大小也是隨エ藝和溫度變化的，因此充電時間同時受到電阻和電容的影響；從而建立電阻電容與時間的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動頻率校校正方法，其特征在于步驟(2)所述比較器檢測充電電壓，同時數(shù)字電路記錄充電時間，是通過比較電容電壓和參考電壓大小，當(dāng)電容電壓大小達(dá)到參考電壓吋，則充電計時結(jié)束；以晶體振蕩器產(chǎn)生的數(shù)字邏輯電路時鐘作為基準(zhǔn)，通過數(shù)字邏輯電路中的計數(shù)器計數(shù)，得到電容電壓充電到參考電壓時的計數(shù)值，即充電的時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動頻率校校正方法，其特征在于步驟(3)所述計算電阻電容偏差系數(shù)，并將偏差系數(shù)補償?shù)綖V波器的電容個數(shù)，是計算理想充電時間與實際充電時間的比值，得到電阻電容偏差系數(shù)，將這個系數(shù)和預(yù)設(shè)的電容個數(shù)相乗，得到實際需要的電容個數(shù)。
5.ー種有源-電阻電容濾波器的自動頻率校正電路，其特征在于，包括 電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，用于產(chǎn)生隨電阻偏差的電流； 電容充電模塊，用于對有偏差的電容充電； 比較器模塊，用于判斷電容電壓是否充電到參考電壓； 數(shù)字邏輯模塊，用于計算偏差系數(shù)和濾波器的電容控制字。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動頻率校正電路，其特征在于所述的電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，使用運放的負(fù)反饋連接，用參考電壓作為輸入的一端，另ー端的電壓會被嵌位到與參考電壓Vref同樣大小，此電壓作用在電阻上，產(chǎn)生電流I=VMf/R;從而將參考電壓Vref轉(zhuǎn)換到參考電流，由于片上電阻R隨エ藝和溫度的偏差，此電流是有偏差的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動頻率校正電路，其特征在于所述的電容充電模塊，受數(shù)字邏輯模塊控制，先將電容短路地電位進(jìn)行放電操作，再用所述的參考電流對電容C進(jìn)行充電，則電容上的電壓從O開始上升；由于片上電容C隨エ藝和溫度的偏差，充電的時間快慢是隨エ藝和溫度偏差，有t=Q/I=(Vc*C)/(VMf/R)；電阻電容乘積隨エ藝偏差體現(xiàn)在充電時間的大小上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動頻率校正電路，其特征在于所述的比較器模塊，比較電容電壓和參考電壓的大小，當(dāng)前者隨著電容充電而增大并達(dá)到后者的大小時，輸出高電平到數(shù)字邏輯電路，控制數(shù)字邏輯電路中的計數(shù)器，使計數(shù)器停止計數(shù)，因此有t=(v#c)/(VMf/R)=RC=NT，充電時間為N個時鐘周期T，并且等于RC乘積。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動頻率校正電路，其特征在于所述的數(shù)字邏輯模塊，在比較器輸出高電平時停止計數(shù)，得到計數(shù)值N，將預(yù)設(shè)的理想計數(shù)值Ntl與此計數(shù)值N做除法運算，得到的商為電阻電容乘積隨エ藝和溫度偏差的系數(shù)大小I^=NciZU數(shù)字邏輯模塊將系數(shù)k與電容的控制字相乘，得到新的控制字。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動頻率校正電路，其特征在于所述數(shù)字邏輯模塊中的除法運算，使用逐次比較、余數(shù)移位的算法假設(shè)ニ進(jìn)制數(shù)A除以B，算法為當(dāng)A>B吋，商左移一位并將其最低位置為1，同時將余數(shù)即A-B左移一位作為新的被除數(shù)A ;當(dāng)A〈B時，商左移一位并將其最低位置為0，同時將余數(shù)即A左移一位作為新的被除數(shù)A ;根據(jù)商的精度要求，控制上述算法循環(huán)的次數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計中的有源濾波器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于有源-電阻電容濾波器的自動頻率校正方法和電路。所述方法包括步驟以晶體振蕩器產(chǎn)生的數(shù)字電路時鐘作為基準(zhǔn)，檢測電阻電容乘積隨工藝和溫度等原因造成的偏差量；計算電阻電容偏差系數(shù)；將偏差系數(shù)補償?shù)綖V波器的電容值上，從而使濾波器得到相對準(zhǔn)確的截止頻率。該電路包括電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，用于產(chǎn)生隨電阻偏差的電流；電容充電模塊，用于對有偏差的電容充電；比較器模塊，用于判斷電容電壓是否充電到參考電壓；數(shù)字邏輯模塊，用于計算偏差系數(shù)和濾波器的電容控制字。本發(fā)明自動頻率校正方法和電路不僅實現(xiàn)了一般的頻率校正電路所具有的功能，并且具有適用于校正多個可變元件的優(yōu)點。
文檔編號H03H11/04GK102710234SQ20121022660
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者卓晨飛, 唐長文 申請人:復(fù)旦大學(xué)