[发明专利]一种Gm‑C滤波器的频率自调谐方法

说明书

技术领域

本发明属于滤波器技术领域，具体涉及一种滤波器截止频率自校正的方法，该方法可以用在基于跨导电容（G_m-C）的Biquad双二次结构的滤波器中。

背景技术

模拟滤波器是通信芯片的模拟基带处理部分很重要的一个模块，可以实现接收机对带外干扰的抑制。而滤波器的截止频率对工艺角极为敏感，会有高达30%左右的偏差，严重降低了整个通信系统的比特误码率。因此频率调谐是滤波器的不可缺少的一部分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用性强、功耗小的G_m-C滤波器的频率自调谐方法。

本发明实现的频率自调谐方法可以提供独立的控制单元，为多个滤波器复用。首先滤波器工作在off-line模式，此时直接将调谐所需的信号注入至滤波器电路中；然后，滤波器电路进入自调谐过程；当自调谐过程完成后将电容阵列的控制字锁存，滤波器就可进入工作模式。可见，根据此方法，可将调谐电路做成一个独立模块，在对多个双二次结构级联的高阶滤波器进行频率校正时，可实现模块的复用。同时此方法可实现大的调谐范围。

图1为滤波器的一个双二次（biquad）模块，图中Vlout+和Vlout-为低通输出端的正负极，Vbout+和Vbout-为带通输出端的正负极。设运算跨导放大器OTA1，OTA2，OTA3和OTA4的跨导分别为，，和，则低通传递函数为：

（1）

其截止频率为：

（2）

带通传递函数为：

（3）

其中心频率为：

（4）

因此，低通传递函数的截止频率等于带通传递函数的中心频率。当对带通的中心频率进行校正时，就可同时完成对带通截止频率的校正。其中，C₁、C ₂为两个负载电容。

取，并将这两个负载电容做成一个电容阵列（DCCA），表达式为

（5）

（6）

（7）

其中，为在典型工艺角下得到所需的滤波器截止频率时的负载电容值，（i=0,1,…n,)为数控电容阵列的控制字。为单比特电容值，由和电容阵列的比特数n决定，比特数越多越小，此时调谐的精度也越高。这样的电容分配方式可覆盖大约的工艺偏差。

在Biquad结构的跨导-电容滤波器电路中，同时存在低通输出端和带通输出端。低通的截止频率等于带通的中心频率。图2所示为滤波器的带通输出端的幅频特性曲线，分别对应于中心频率偏小（点划线）、理想情况下（虚线）及中心频率偏大（实线）三种情况。在理想的特性曲线上取中心频率f0的前后附近两个频率点f1和f2（f1<f2），使得这两个频点的增益相同，其中 f0=（f1+f2）/2。如果f1和f2的实际中心频率大于（f1+f2）/2，f1处的增益小于f2处的增益。如果f1和f2的实际中心频率小于（f1+f2）/2，f1处的增益大于f2处的增益。

本发明提供的频率自调谐方法，利用一个锁幅环路，实施对存在于不同时刻的两个模拟电平的比较，根据两个模拟电平的大小关系判断频率的偏移方向，并相应增加或减小负载电容的一个比特电容值；再进行下一次比较，不断循环，使得这两个模拟电平逐渐接近，最后达到幅值相等以完成调谐。

在Biquad结构的跨导-电容滤波器电路中，同时存在低通输出端和带通输出端。低通的截止频率等于带通的中心频率。对于带通滤波器而言，在中心频率的前后附近可以取两个频率点f1和f2（f1<f2），这两个频点的增益相同。如果f1和f2的实际中心频率大于（f1+f2）/2，则f1处的增益小于f2处的增益；如果f1和f2的实际中心频率小于（f1+f2）/2，则f1处的增益大于f2处的增益。本发明通过输入到滤波器的两个频率分别为f1和f2且幅值相等的测试信号，检测并比较带通输出端的信号幅值大小，从而判断中心频率的偏移方向，并以此控制负载电容值的改变，这样就可以同时实现带通中心频率和低通截止频率的自调谐。

本发明提供的频率自调谐方法，其具体实现如图3所示。将频率分别为f1和f2且幅值相等的两个测试信号各自通过一个开关连接到滤波器的输入端（例如，f1频率信号连接开关S1，f2频率信号连接开关S2），在任意时刻只有一个开关导通。