[发明专利]主动式多相滤波器以及信号产生方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种多相滤波器(polyphase filter)，且特别是有关于一种主动式多相滤波器缓冲电路的方法与装置。

背景技术

多相滤波器接收N相或多相输入信号并且产生N相输出信号。一种特殊类型的多相滤波器”正交滤波器”(quadrature filter)是一种大家所熟知的四相位多相滤波器。大体来说，正交滤波器的输入包括彼此等值的四个信号电压。四个信号电压共同组成具有在既定方向旋转90度的相位角时个别信号向量互相接替的一个信号向量群组。多相信号的频率根据逆时针或顺时针旋转而可以为正或负。一般来说，通常会将0度或180度的信号向量标示为+I与-I信号，并且将90度或270度的信号向量标示为+jQ与-jQ信号。

多相滤波器广泛的使用于高频时钟脉冲数据路径，以产生正交信号以及提升的时钟脉冲信号的镜像抑制(image rejection)。最初，许多的多相滤波器设计是通过LC滤波器的组合而达成。随着集成电路的普及以及将电感整合至集成电路中的难度，现今通常将RC滤波器的组合使用于多相滤波器中。大部分的多相滤波器为被动式电路。被动式电路的特性是其能量损失(energy loss)通常与级数成正比。因此，使用在被动多相滤波器的输出端的额外的缓冲器通常会增加成本以及电路设计的复杂度。

图1为显示传统单级(single stage)多相滤波器10的示意图。单级多相滤波器10包括复数个被动电容与电阻。输入信号I_in^-102耦接至电容C4104的正端以及电阻R3106的一侧。输出信号I_out^-1108耦接至电阻R3106的另一侧以及电容C3110的负端。输入信号Q_in⁺112耦接至电容C3110的正端以及电阻R2114的一侧。输出信号Q_out⁺116耦接至电阻R2114的另一侧以及电容C2118的负端。输入信号I_in⁺120耦接至电容C2118的正端以及电阻R1122的一侧。输出信号I_out⁺124耦接至电阻R1122的另一侧以及电容C1126的负端。输出信号Q_out^-128耦接至电阻R4130的一侧以及电容C4104的负端。输入信号Q_in^-132耦接至电容C1126的正端以及电阻R4130的另一侧。单级多相滤波器10包括输入信号I_in^-102，I_in⁺120，Q_in^-132以及Q_in⁺112。单级多相滤波器10的输出信号包括I_out^-108，I_out⁺124，Q_out^-128以及Q_out⁺116。具有四个输入端以及四个输出端的滤波器通常叫做正交滤波器。由于单级多相滤波器10包括复数个被动元件，因此会使输出端的信号衰减。此外，当增加更多级时，滤波器的能量损失与增加至滤波器的级数成正比。

克服多相滤波器的被动特性的方法包括使用运算放大器以提供主动RC滤波器。多相滤波器与运算放大器的结合可以在滤波器的输出端提供增益。此外，介于主动RC滤波器的输入端与输出端之间的反馈回路用以降低对集成电路中元件变异的敏感度。然而，以运算放大器为基础的多相滤波器主要的缺点为有限的频宽会将操作限制为低频操作。

随着超过1千兆赫(GHz)的高频信号的出现，以运算放大器为基础的多相滤波器将不具有频率响应。毫无疑问地，在高频应用系统中的电路设计限制使用被动多相滤波器设计。即使被动多相滤波器设计会使信号严重的衰减并且需要具有较大增益的额外的缓冲器，电路设计人员增加额外的元件来补偿被动多相滤波器设计所引起的信号衰减。

因此，需要一种可结合被动多相滤波器与主动RC滤波器的优点的方法与装置。经过改善的多相滤波器包括下列特征，例如容易透过现有的集成电路工艺制造，可操作于千兆赫的范围，以及做为一种具有增益的主动电路，以降低缓冲的需求。

发明内容