[其他]分取滤波器

说明书

总的来说，本发明是关于一种滤波器;特别是指一种转换电容分取（decimating）滤波器

众所周知，对于象转换电容滤波器这样的取样数据系统所加的输入信号，为防止混淆起见，要求有频带的限制。一般情况下，要将防混（anti-aliasing）前置滤波器接到转换电容滤波器的输入级。对于一个工作在预定取样频率、且具有预定截止频率的低通转换电容滤波器而言，要求防混滤波器对输入信号的频带限制应不大于预定取样频率减去预定截止频率的频率值。

模似防混滤波器先有技术一般采取有源阻容滤波器的形式，并将其和转换电容滤波器一道制造在一个集成电路芯片上。通常，阻容滤波器是在多晶硅或芯片的扩散层实现的，因而制造过程中的不精确性往往导致大的容差，致使滤波器的性能下降。

防混滤波器另一种先有技术采用外部的即杆式调谐阻容滤波器。但这种作法有缺点，即外部阻容滤波器的成本可能要超过转换电容滤波器。而且，由于工艺上的限制给电容器和电阻器的数值造成容差，使单块有源阻容滤波器大都具有相当高的极点频率。

第二种有关昂贵的防混滤波器的先有技术是增加转换电容滤波器的取样频率。于是，防混滤波器的通带显著增大。这样对模似滤波器的要求可以不太严格，从而可采用成本低且易于制造的阻容防混滤波器。但是，增加转换电容滤波器的取样频率通常会加大各种电容器电容值的离散，还会增加滤波器响应对寄生电容与设计容差的敏感性，因而会导致滤波器的灵敏度变坏。

更进一步的方案是增加转换电容滤波器输入级的取样频率，接着再用一个低成本的模似防混滤波器滤波。这一方案在分取技术中已为人知。

通过对一有限频带的输入信号在等于转换电容滤波器取样频率整数倍的第一个频率上进行取样，转换电容滤波器幅度响应的传递函数在第一个频率的分谐波上出现零点。因此，前述模似防混滤波器仅当有限频带输入信号的频率小于第一个频率减去转换电容滤波器的截止频率时才有需要。

一篇题为“转换电容分取与内插电路”的文章曾介绍了这种分取技术。该文作者是罗比克·格里高瑞安（Roubik    Gregorian）和威廉·E·尼科尔松（William·E·Nicholson），发表在“IEEE    Transactions    on    Circuits    and    systems”，vol.CAS-27，No.6，June1980，Pages    509-154。根据格里高瑞安的技术，以转换电容取样频率的两倍对输入信号取样，完成分取。因此，仅当有限频带输入信号的频率等于取样频率减去转换电容截止频率的两倍时，才需要输入模似防混滤波器。

但是，格里高瑞安的电路会因为在集成电路上的互连而产生许多杂散电容。这些杂散电容使得输入信号当频率等于取样频率时，具有有限的衰减。如前所述，要求滤波器的传递函数在取样频率上为零（亦即为无限的衰减），否则一般情况下将发生混淆的现象。

另一种分取技术披露在题为“与防混分取滤波器相结合的低频集成转换电容低通滤波器”的文章中，该文作者是丹尼尔·C·冯格鲁尼金（Daniel    C.Von    Grunigen）等人，发表在“IEEE    Journal    of    Solid-State    Circuits”，vol·SC-17，No.6，December    1982，page    1024。

冯格鲁尼金等人的电路克服了格里高瑞安电路中有杂散电容的缺点，但需要复杂的定时形成电路，以便以几倍于滤波器取样速率的速率对输入信号取样。

再者，还发现冯格鲁尼金等人的电路虽适用于低输入信号频率的系统（例如生物电子学系统），但不适于象数字信号传输系统这样的高输入信号频率的系统。例如，在传输速率为2.56兆赫的典型的数字信号传输系统中，每次取样转接电容器的过程约需200毫微秒以便使电容器充电并使内部运算放大器稳定到最终输出电平。一般来说，内部电容器和运算放大器设计上的限制将禁止对频率高于2.56兆赫的输入信号取样。

按照本发明，加到取样数据系统（例如一个转换电容滤波器）的输入信号先由一个简单的阻容模似防混低通滤波器以众所周知的方法滤波，然后在取样时钟信号的两个相位上被取样。由于输入信号是在取样时钟信号的两个相位上被取样的，故该信号被有效地取样发生在取样时钟信号频率的二倍的频率上，造成分取。输入信号的被取样信号经过积分、滤波，并再次在取样数据系统的频率上被取样。这时，它通常约等于取样时钟信号频率的一半。