[发明专利]一种片上滤波器的自动频率调谐电路

说明书

技术领域

本发明属于无线通信电路技术领域，涉及一种片上集成OTA-C有源滤波器的自动频率调谐电路，采用CMOS工艺实现的频率调谐电路用于调谐芯片上的OTA-C有源滤波器的特征频率。

背景技术

有源滤波器电路自上世纪70年代至今得到了迅猛发展，其主要结构包括Active-RC结构、开关电容滤波器结构和OTA-C结构三种。其中Active-RC结构采用运放、电阻和电容，三者构成反馈网络实现滤波器电路。由于运放工作在反馈模式下，该电路的线性度很好，但是频率特性很差，通常工作频率不大于1MHz，直到最近几年才出现应用在MHz范围的Active-RC结构的有源滤波器电路。开关电容滤波器结构，通常工作在音频范围，随着工艺和技术的提升，其应用频率范围也在扩展，但是由于时钟馈通以及电荷注入等问题，使得该结构的滤波器的动态范围较小。基于OTA-C结构的片上有源滤波器电路，由于跨导工作在开环状态下，所以该结构滤波器可以工作在较高频率范围，工作频率可达上百兆赫兹。

采用CMOS工艺实现的跨导电路，在模拟信号处理领域得到广泛应用，CMOS电路的输入阻抗很高，级间连接容易，又特别适于大规模集成。随着CMOS工艺的兴起，采用CMOS工艺实现基于OTA-C结构的有源滤波器电路也得到很大的发展。基于OTA-C结构有源滤波器的实现方法有多种，应用最广的有两种，一个是采用双二次级联结构，构成高阶滤波器，另一个是先生成无源梯形LC滤波器电路，然后用有源元件去替换无源滤波器电路中的电阻和电感。上述两种方法设计的滤波器，其滤波器特征频率都是相应的跨导值g_m与电容值C的比值。

片上集成的有源滤波器电路，它的中心频率会受到工艺偏差以及温度变化的影响，因此需要采用一个片上自动频率调谐电路，来实现对滤波器特征频率的调谐，以补偿工艺偏差和温度变化等对滤波器特征频率造成的影响。以基于OTA-C结构的有源滤波器为例，图1是一个典型的双二次结构的OTA-C有源滤波器电路，该电路是一个二阶低通滤波器电路，滤波器的带宽为g_m/C。其中gm和C都是随工艺和温度的变化而变化，所以导致滤波器的带宽会偏离预定值，此时就需要一个片上自动频率调谐电路来实现对滤波器带宽的调谐，补偿工艺温度等偏差对滤波器带宽的影响。

已有技术的滤波器的调谐电路形式有多种，主要有直接调谐和间接调谐。直接调谐需要系统是时分复用系统，它需要利用空闲的时隙对滤波器的频率特性进行实时调谐，该种调谐方式适用于时分复用系统，不适合连续工作的系统。间接修调不需要空闲时隙，目前应用较广，其最主要的结构就是基于压控振荡器的锁相环结构的调谐方式，如Krummenacher F，JoehlN.发表的论文A 4-MHz CMOS continuous-time filter with on-chip automatictuning。在基于压控振荡器的锁相环结构的调谐方式中，振荡器的振荡频率和滤波器的特征频率有相同形式的表达式，两者的频率可以相等或成比例。当振荡器的频率锁定在参考时钟频率时，相同的控制信号也去控制滤波器电路，使得滤波器的特征频率也相应地锁定在预定的频率点上，不再随工艺和温度的变化而变化。采用基于压控振荡器的锁相环结构的调谐比较复杂，电路要包括一个压控振荡器电路，一个鉴频鉴相器电路，一个环路滤波器电路，等等，电路需要占用大量的芯片面积和功耗。

如何针对具体的有源滤波器电路，设计出精简的调谐电路已是目前集成滤波器电路领域中一个重要研究课题。

本发明提出了一种片上自动频率调谐电路，该电路采用CMOS工艺实现，能够对多种OTA-C结构的有源滤波器电路进行调谐，该电路结构简单，占用面积小，消耗功耗小。

发明内容

本发明目的是提出一种用于OTA-C有源滤波器的片上自动频率调谐电路。该调谐电路的电流基准电路是与电源电压无关的，该基准电路内部的电阻，采用开关电容电路来等效实现，控制该基准电路产生一个与NMOS管的工艺参数成反比，与开关电容电路电容值的平方成正比的基准电流，并通过镜像电流电路镜像此基准电流去偏置OTA-C有源滤波器电路中的跨导，实现对滤波器特征频率的调谐。电路结构简单，占用面积小，消耗功耗小。