本發(fā)明涉及電子信息領(lǐng)域，特別涉及一種濾波器及其品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

濾波器在RF接收機(jī)芯片中很重要。其主要功能是濾除帶外干擾以及抑制鏡像信號(hào)，在低中頻接收機(jī)中，常常使用中頻復(fù)數(shù)濾波器來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波和鏡像抑制。然而，現(xiàn)有的中頻復(fù)數(shù)濾波器，中心頻率比較高，帶寬比較大，此時(shí)，運(yùn)算放大器有限的增益帶寬積會(huì)引起濾波特性偏離其理想狀態(tài)，使品質(zhì)因數(shù)Q值變大。品質(zhì)因數(shù)Q值變大會(huì)導(dǎo)致截止頻率和帶寬下降，在截止頻率附近會(huì)出現(xiàn)比較高的增益上沖，破壞通帶平坦度，如圖3所示。如果通過(guò)提高運(yùn)算放大器的增益帶寬積會(huì)消耗大量功耗，代價(jià)比較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種濾波器及其品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q值進(jìn)行補(bǔ)償，使濾波器的運(yùn)算放大器性能不佳時(shí)能夠保持相對(duì)理想的濾波特性，避免了濾波器的頻率特性曲線在截止頻率附近出現(xiàn)比較高的增益上沖，破壞通帶平坦度的情況；因此本技術(shù)方案不僅對(duì)濾波器的Q值進(jìn)行了補(bǔ)償，同時(shí)還無(wú)需提高運(yùn)算放大器的增益帶寬積，省掉電阻的面積，降低了功耗的消耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)。

本發(fā)明中的一種濾波器，包括第一濾波電路、第二濾波電路、第三濾波電路、輸入電路和輸出電路；所述第一濾波電路和第二濾波電路相互串聯(lián)，所述第三濾波電路與第一濾波電路和第二濾波電路相互并聯(lián)；所述輸入電路分別與所述第一濾波電路和第三濾波電路連接，所述輸出電路分別與所述第二濾波電路和第三濾波電路連接。

上述方案中，所述第一濾波電路包括運(yùn)算放大器OP1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電容C1；

所述運(yùn)算放大器OP1、電容C1、電阻R2和電阻R3之間相互并聯(lián)；所述電容C1、電阻R2和電阻R3的一端與所述輸入電路連接，所述電容C1、電阻R2的另一端與所述電阻R4連接；

所述電阻R4與所述運(yùn)算放大器OP1的輸出端連接，所述運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端與所述輸入電路連接，所述運(yùn)算放大器OP1的正向輸入端接入共模電壓。

上述方案中，所述第一濾波電路還包括倒向放大器D1，所述倒向放大器D1的輸入端與所述電阻R3連接，所述倒相放大器D1的輸出端與所述電阻R4連接。

上述方案中，所述第二濾波電路包括運(yùn)算放大器OP2、電阻R5、電容C2和緩沖放大器H1；所述運(yùn)算放大器OP2、電阻R5和電容C2相互并聯(lián)連接；

所述電阻R5和電容C2的一端與所述電阻R4連接，所述電容C2的另一端與所述緩沖放大器H1的輸入端連接；

所述運(yùn)算放大器OP2的正向輸入端接入共模電壓，所述運(yùn)算放大器OP2的反向輸入端與所述電阻R4連接，所述運(yùn)算放大器OP2的輸出端與所述緩沖放大器H1的輸入端連接。

上述方案中，所述第二濾波電路還包括倒向放大器D2，倒向放大器D2的輸入端與所述電阻R5連接，所述倒向放大器D2的輸出端與所述緩沖放大器H1的輸入端連接。

上述方案中，所述第三濾波電路包括相互并聯(lián)連接的電容C3和電阻R6，所述電容C3和電阻R6的一端與所述輸入電路、電阻R3、電阻R2、電容C1和運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端連接，所述電容C3和電阻R6的另一端與所述輸出電路和緩沖放大器的輸出端H1連接。

上述方案中，所述輸入端包括輸入端子Z1和電阻R1，所述輸入端子與所述電阻R1的一端連接，所述電阻R1的另一端與所述運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端、電容C1、電阻R2和電阻R3連接。

上述方案中，所述輸出端包括輸出端子Z2，所述輸出端子Z1分別與緩沖放大器H1的輸出端、電容C3、電阻R6連接。

一種濾波器的品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

S1.將電阻R6、電阻R2、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第一回路，輸入端子Z1接收電信號(hào)Vin并經(jīng)所述第一回路一個(gè)周期后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 90°相位的第一信號(hào)，使所述第一環(huán)路中的電容C2對(duì)所述電阻R6、電阻R2或電阻R4進(jìn)行放電并發(fā)生衰減；

S2.將電阻R6、電容C1、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第二回路，所述電信號(hào)Vin經(jīng)所述第二回路一個(gè)周期后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 180°相位的第二信號(hào)；

S3.將電容C3、電阻R2、電阻R4、電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第三回路；所述電信號(hào)Vin經(jīng)所述第三回路一個(gè)周期后后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 180°相位的第三信號(hào)；

S4.將電容C3、電容C1、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第四回路，所述電信號(hào)Vin并經(jīng)所述第四回路一個(gè)周期后后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 270°相位的第四信號(hào)，使所述第四環(huán)路中的電容C1、電容C2和電容C3對(duì)所述電阻R4進(jìn)行放電并發(fā)生衰減；

S5.所述第二信號(hào)和第三信號(hào)由于相對(duì)于電信號(hào)Vin滯后180°的相位，因此，所述第二信號(hào)和第三信號(hào)可分別在第二環(huán)路和第三環(huán)路中產(chǎn)生震蕩；

S6.將所述電阻R6、電容C1和運(yùn)算放大器OP1設(shè)定為積分器，將所述電容C3、電阻R2和運(yùn)算放大器OP1設(shè)定為微分器，電信號(hào)Vin分別經(jīng)積分器和微分器將在B點(diǎn)產(chǎn)生抵消，降低濾波器中存儲(chǔ)的最大能量，以降低濾波器的品質(zhì)因數(shù)。

上述方案中，在所述步驟S6中，還包括以下步驟：

S61.電信號(hào)Vin經(jīng)所述第二環(huán)路的電容C1、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1后，將在C點(diǎn)形成電信號(hào)E1，電信號(hào)E1再次經(jīng)所述積分器后，將在B點(diǎn)產(chǎn)生振蕩信號(hào)V1；

S62.電信號(hào)Vin經(jīng)所述第三環(huán)路的電阻R2、電阻R4、電容C2和緩沖放大器H1后，將在C點(diǎn)形成電信號(hào)E2，電信號(hào)E2再次經(jīng)所述微分器后，將在B點(diǎn)產(chǎn)生振蕩信號(hào)V2；

S63.振蕩信號(hào)V1滿足公式：V1＝((-1/(R6*C1))∫E1dt；

振蕩信號(hào)V2滿足公式：V2＝-i*R2＝-(R2*C3)dE1/dt；

使所述振蕩信號(hào)V1與振蕩信號(hào)V2的方向相反；

S64.濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q滿足公式：

其中，Q為品質(zhì)因數(shù)，

Eosc為電路中存儲(chǔ)的最大能量，

Econs電路在一周期內(nèi)消耗的總能量；

所述振蕩信號(hào)V1和振蕩信號(hào)V2在B點(diǎn)產(chǎn)生抵消，降低濾波器中存儲(chǔ)的最大能量，以降低所述濾波器的品質(zhì)因數(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于：本發(fā)明提供一種濾波器及其品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q值進(jìn)行補(bǔ)償，使濾波器的運(yùn)算放大器性能不佳時(shí)能夠保持相對(duì)理想的濾波特性，因此本技術(shù)方案不僅對(duì)濾波器的Q值進(jìn)行了補(bǔ)償，同時(shí)還無(wú)需提高運(yùn)算放大器的增益帶寬積，省掉電阻的面積，降低了功耗的消耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種濾波器經(jīng)濾波器的品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法降低品質(zhì)因數(shù)后，濾波器的頻率特性曲線；

圖3為背景技術(shù)中所述濾波器的頻率特性曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1-圖2所示，本發(fā)明是一種濾波器，包括第一濾波電路、第二濾波電路、第三濾波電路、輸入電路和輸出電路；所述第一濾波電路和第二濾波電路相互串聯(lián)，所述第三濾波電路與第一濾波電路和第二濾波電路相互并聯(lián)；所述輸入電路分別與所述第一濾波電路和第三濾波電路連接，所述輸出電路分別與所述第二濾波電路和第三濾波電路連接。

上述技術(shù)方案的工作原理是：輸入電路接收電信號(hào)Vin，并使電信號(hào)Vin依次經(jīng)過(guò)第一濾波電路、第二濾波電路和第三濾波電路，以降低濾波器中存儲(chǔ)的最大能量，并降低品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)，再傳送至輸出電路，使輸出電路輸出電信號(hào)Vout。

具體的，所述第一濾波電路包括運(yùn)算放大器OP1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電容C1；

所述運(yùn)算放大器OP1、電容C1、電阻R2和電阻R3之間相互并聯(lián)；所述電容C1、電阻R2和電阻R3的一端與所述輸入電路連接，所述電容C1、電阻R2的另一端與所述電阻R4連接；

所述電阻R4與所述運(yùn)算放大器OP1的輸出端連接，所述運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端與所述輸入電路連接，所述運(yùn)算放大器OP1的正向輸入端接入共模電壓；其中，共模電壓約為電信號(hào)Vin電壓的二分之一左右。

進(jìn)一步的，所述第一濾波電路還包括倒向放大器D1，所述倒向放大器D1的輸入端與所述電阻R3連接，所述倒相放大器D1的輸出端與所述電阻R4連接。

其中，倒向放大器D1作為一個(gè)等效電路，由IQ兩路的電阻等效而成，用于產(chǎn)生一個(gè)復(fù)數(shù)量。

具體的，所述第二濾波電路包括運(yùn)算放大器OP2、電阻R5、電容C2和緩沖放大器H1；所述運(yùn)算放大器OP2、電阻R5和電容C2相互并聯(lián)連接；

所述電阻R5和電容C2的一端與所述電阻R4連接，所述電容C2的另一端與所述緩沖放大器H1的輸入端連接；

所述運(yùn)算放大器OP2的正向輸入端接入共模電壓，所述運(yùn)算放大器OP2的反向輸入端與所述電阻R4連接，所述運(yùn)算放大器OP2的輸出端與所述緩沖放大器H1的輸入端連接；其中，共模電壓約為電信號(hào)Vin電壓的二分之一左右。

進(jìn)一步的，所述第二濾波電路還包括倒向放大器D2，倒向放大器D2的輸入端與所述電阻R5連接，所述倒向放大器D2的輸出端與所述緩沖放大器H1的輸入端連接。

其中，倒向放大器D2作為一個(gè)等效電路，由IQ兩路的電阻等效而成，用于產(chǎn)生一個(gè)復(fù)數(shù)量。

具體的，所述第三濾波電路包括相互并聯(lián)連接的電容C3和電阻R6，所述電容C3和電阻R6的一端與所述輸入電路、電阻R3、電阻R2、電容C1和運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端連接，所述電容C3和電阻R6的另一端與所述輸出電路和緩沖放大器的輸出端H1連接。

具體的，所述輸入端包括輸入端子Z1和電阻R1，所述輸入端子與所述電阻R1的一端連接，所述電阻R1的另一端與所述運(yùn)算放大器OP1的反向輸入端、電容C1、電阻R2和電阻R3連接。

具體的，所述輸出端包括輸出端子Z2，所述輸出端子Z1分別與緩沖放大器H1的輸出端、電容C3、電阻R6連接。

一種濾波器的品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

S1.將電阻R6、電阻R2、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第一回路，輸入端子Z1接收電信號(hào)Vin并經(jīng)所述第一回路一個(gè)周期后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 90°相位的第一信號(hào)，使所述第一環(huán)路中的電容C2對(duì)所述電阻R6、電阻R2或電阻R4進(jìn)行放電并發(fā)生衰減；

S2.將電阻R6、電容C1、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第二回路，所述電信號(hào)Vin經(jīng)所述第二回路一個(gè)周期后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 180°相位的第二信號(hào)；

S3.將電容C3、電阻R2、電阻R4、電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第三回路；所述電信號(hào)Vin經(jīng)所述第三回路一個(gè)周期后后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 180°相位的第三信號(hào)；

S4.將電容C3、電容C1、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1設(shè)定成為第四回路，所述電信號(hào)Vin并經(jīng)所述第四回路一個(gè)周期后后，將在A點(diǎn)產(chǎn)生滯后電信號(hào)Vin 270°相位的第四信號(hào)，使所述第四環(huán)路中的電容C1、電容C2和電容C3對(duì)所述電阻R4進(jìn)行放電并發(fā)生衰減；

S5.所述第二信號(hào)和第三信號(hào)由于相對(duì)于電信號(hào)Vin滯后180°的相位，因此，所述第二信號(hào)和第三信號(hào)可分別在第二環(huán)路和第三環(huán)路中產(chǎn)生震蕩；

S6.將所述電阻R6、電容C1和運(yùn)算放大器OP1設(shè)定為積分器，將所述電容C3、電阻R2和運(yùn)算放大器OP1設(shè)定為微分器，電信號(hào)Vin分別經(jīng)積分器和微分器將在B點(diǎn)產(chǎn)生抵消，降低濾波器中存儲(chǔ)的最大能量，以降低濾波器的品質(zhì)因數(shù)。

進(jìn)一步的，在所述步驟S6中，還包括以下步驟：

S61.電信號(hào)Vin經(jīng)所述第二環(huán)路的電容C1、電阻R4和電容C2和緩沖放大器H1后，將在C點(diǎn)形成電信號(hào)E1，電信號(hào)E1再次經(jīng)所述積分器后，將在B點(diǎn)產(chǎn)生振蕩信號(hào)V1；

S62.電信號(hào)Vin經(jīng)所述第三環(huán)路的電阻R2、電阻R4、電容C2和緩沖放大器H1后，將在C點(diǎn)形成電信號(hào)E2，電信號(hào)E2再次經(jīng)所述微分器后，將在B點(diǎn)產(chǎn)生振蕩信號(hào)V2；

S63.振蕩信號(hào)V1滿足公式：V1＝((-1/(R6*C1))∫E1dt；

振蕩信號(hào)V2滿足公式：V2＝-i*R2＝-(R2*C3)dE1/dt；

使所述振蕩信號(hào)V1與振蕩信號(hào)V2的方向相反；

S64.濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q滿足公式：

其中，Q為品質(zhì)因數(shù)，

Eosc為電路中存儲(chǔ)的最大能量，

Econs電路在一周期內(nèi)消耗的總能量；

所述振蕩信號(hào)V1和振蕩信號(hào)V2在B點(diǎn)產(chǎn)生抵消，降低濾波器中存儲(chǔ)的最大能量，以降低所述濾波器的品質(zhì)因數(shù)；其中振蕩信號(hào)V1和振蕩信號(hào)V2在B點(diǎn)產(chǎn)生抵消，降低濾波器中存儲(chǔ)的最大能量，降低品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)，避免了濾波器的頻率特性曲線在截止頻率附近出現(xiàn)比較高的增益上沖，破壞通帶平坦度的情況。

進(jìn)一步的，對(duì)上述一種濾波器及其品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法進(jìn)行驗(yàn)證：

濾波器從輸入端子Z1接收電信號(hào)Vin，并從輸出端子Z2輸出電信號(hào)-Vout，

因此，電信號(hào)-Vout的相位滿足下列公式：

其中，wp是運(yùn)放的主極點(diǎn)，WGBW是運(yùn)算放大器OP1的增益帶寬積，由此可以判斷品質(zhì)因數(shù)Q與相位成反比，并且電信號(hào)-Vout具有額外的滯后相位-2wp/WGBW；

利用濾波器的品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償方法對(duì)濾波器進(jìn)行品質(zhì)因數(shù)補(bǔ)償，濾波器的輸出端子Z2輸出的電信號(hào)-Vout獲得了補(bǔ)償相位其中滿足下列公式，

因此避免了濾波器的頻率特性曲線在截止頻率附近出現(xiàn)比較高的增益上沖，破壞通帶平坦度的情況。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。