[发明专利]一种用于Gm‑C滤波器的高精度频率校准电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于Gm-C滤波器的频率校准电路。

背景技术

在无线接收机架构中，从设计复杂度和性能方面综合考虑，低中频接收机架构是一个相当不错的选择，低中频滤波器作为无线射频收发机、传感器接口的关键电路也常常被选择集成在芯片上，以减小系统尺寸、降低成本并提高系统性能。但由于制造容差、工艺变化等工艺因素以及器件老化等影响，滤波器的频率特性会因此产生较大的变化。举例来说，在流片过程中电阻电容20％的工艺偏差将会造成滤波器中心频率和带宽30％～50％的偏差，从而严重恶化系统的整体性能。解决方法就是在集成模拟滤波器中加入频率校准电路，自适应地调整器件的参数，从而使滤波器的频率特性满足系统的需要。因此，频率校准电路是集成模拟滤波器中必不可少的模块。

不同类型的集成模拟滤波器的频率校准电路各不相同，有源RC滤波器的频率特性由其时间常数RC所决定，通常电阻和电容采用阵列的形式，通过数字逻辑控制电路输出不同的控制码给电阻电容阵列即可改变滤波器的频率特性。频率检测电路可以采用积分器或者振荡器来实现，基于积分器的检测电路由于需要对模拟信号进行处理，主要由误差放大器、比较器和充电单元组成，但放大器和比较器等电路功耗大，结构复杂。而基于环路振荡器的检测电路只需要几个反相器和电阻电容既可以实现，相对于前面所提到的结构功耗低而且结构简单。因此在大多数的低功耗应用场合，有源RC滤波器多采用基于环路振荡器和数字电路的校准电路。不同于有源RC滤波器，Gm-C滤波器因为OTA工作在开环状态，受到运放的带宽限制较小，相比于有源RC滤波器可以在较高的频率范围内工作。同时Gm-C滤波器具有超低功耗的特点，因此在主流的低功耗设计电路中多采用Gm-C滤波器。Gm-C滤波器的频率特性由时间常数Gm/C决定，其中Gm是运算跨导放大器的跨导值，一般由尾电流源决定，可以通过调节尾电流源的控制电压来改变。传统的基于锁相环的Gm-C滤波器频率校准电路如图2所示，主要包括鉴相鉴频器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器四个模块。利用与滤波器所用相同的跨导放大器构成振荡器，当鉴相鉴频器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器构成的控制环路锁定后，压控振荡器VCO的振荡频率和鉴相鉴频器输入参考时钟频率相同。因为压控振荡器与滤波器中的跨导放大器和电容相匹配，所以可以通过确定鉴相鉴频器的输入参考时钟频率来确定滤波器的频率特性。但是这种校准电路中的每个模块都要消耗大量的功耗，同时压控振荡器还存在限幅和稳定性等问题。

跨导放大器的主从控制思想最早出现在可变增益放大器的设计中，因为可变增益放大器要实现精确的增益调节，所以对跨导放大器的跨导值精度要求很高。通常跨导放大器的跨导值与多个器件参数线性相关，如果对跨导放大器的跨导值进行直接调节的话，很难实现高精度。所以目前常用的做法是采用跨导放大器的主从控制结构，通过将主跨导放大器的跨导值转化为另一个参量的线性相关，比如偏置电压或者时钟频率，通过基准提供的精确电压值或者外部时钟的参考频率即可精确调节主跨导放大器的跨导值。由于可变增益放大器中的从跨导放大器受到主跨导放大器控制，通过主从控制的结构即可实现可变增益放大器精确的增益调节。

考虑到传统的Gm-C滤波器频率校准电路结构复杂且功耗较大，因此，我们需要一种新的Gm-C滤波器频率校准电路来解决上述问题。

发明内容

本发明目的：针对传统Gm-C滤波器频率校准电路的缺陷，本发明提出了一种低功耗、高校准精度的Gm-C滤波器频率校准电路，通过对偏置电流的调节，即可同时实现Gm-C滤波器的频率调谐和校准，有效地减少了电路的功耗和面积。

本发明技术方案：一种用于Gm-C滤波器的高精度频率校准电路，包括第一至第八开关晶体管、第一至第四参考电流源、第一参考电压源、第二参考电压源、第一运算放大器、误差放大器、主跨导放大器、第一至第三电容；