专利名称：一种通带带宽可调的低通滤波器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种模拟集成低通滤波器，具体是一种通带带宽可调的低通滤波器。
背景技术：
滤波器按实现方法可分为模拟滤波器和数字滤波器两种，按功能可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器三种。模拟低通滤波器由于器件使用少，可滤去高频噪声，有较为成熟的CMOS开关电容技术来实现等优点，被广泛的应用于各类模拟电路系统中。
理想低通滤波器有一个有限增益的频率范围(通带)和一个增益为零的频率范围(阻带)。但根据电路理论，这种滤波器是不可能实现的。实际的低通滤波器有一个有限增益的通带和一个增益很小的阻带，还有一个把通带和阻带隔开的过渡带。图1是低通滤波器的频谱示意图，其中T(jw)是低通滤波器的传递函数，Wp为通带截止频率，Ws为阻带截止频率，Wp和Ws之间就是过渡区，过渡区域越小，滤波器的性能就越好。
但在目前，应用系统中的低通滤波器只有一个截至频率，即只有一个固定的通带带宽，这在许多系统中是极不方便的。例如，当一个系统的输入时钟信号的频率提高了，如果滤波器的通带带宽不能相应的提高，整个系统就会出现问题。
发明内容
为了克服现有的低通滤波器只有一种固定通带频率在实际应用中的不足，本发明提供了一种通带带宽可调的低通滤波器，其特征在于该滤波器由固定带宽低通滤波器，译码电路和附加电容组成；输入信号经译码电路译码产生控制信号，控制信号连接发送到附加电容的控制端口，控制附加电容是否并联在固定带宽低通滤波器的电容上，附加电容并联与否及其并联电容容值的大小使该滤波器的电容值发生变化，从而改变滤波器的系统函数参数，实现调节低通滤波器的带宽。
本发明所述的附加电容是由多个电容通过并连方式组成的电容组，其电容组数量等于固定带宽低通滤波器的级数。
组成附加电容的每个电容都有一控制端口，该端口连接在译码电路的输出端，由译码电路产生的控制信号控制其是否并联在固定带宽低通滤波器的电容上。
本发明所述滤波器的电阻是由开关和电容来模拟的，开关为一对NMOS、PMOS管并联而成的CMOS模拟开关。
图1为低通滤波器的频谱2为本发明较佳实施例的电路原理3为本发明开关和电容模拟电阻的电路4为单个附加电容的结构5为译码电路的结构图
具体实施例方式
附图2为本发明的较佳实施例的电路原理图，该电路有三个主要部分一个译码电路，实现将2位输入数字信号译码成3个控制信号；一个完整的，具有三阶固定通带带宽的低通滤波器，一个附加电容，包含有三组电容，每组电容由三个电容并联而成，附加电容的2个端口A和B并联在固定带宽滤波器的电容上。电路的工作原理是这样的如图5所示，FH和FL是两个输入数字信号，它们输入到译码电路中，产生3个控制信号F0，F1，F2，这三个控制信号依次连接在每组附加电容的控制端口Ct1上，控制附加电容是否并联到滤波器上。例如，如果F0＝1，F1＝0，F2＝0。则c1a，c2a，c3a并联在C1，C2，C3上。电容的容值由于c1a，c2a，c3a的并入而增大，滤波器的系统函数也就因此而改变，所以滤波器的通带带宽就改变了。
为了更详细的说明滤波器的通带带宽是如何随电容改变的，我们来进行量化分析。本发明的较佳实施例电路原理图中的滤波器是一个三阶带宽的低通滤波器，我们根据图2列出节点电压方程ViRi=-V1R-V1X1-V2R-V1R=-V2X2-V0-RV2R=-V0R-V0X3---(1)]]>解方程，得到RRiVi=-(1+RC1S)(RC2SV2+V0)-V2]]>=(1+RC1S)[RC2S(1+RC3S)V0+V0]+(1+RC3S)V0---(2)]]>令C1＝C3，则
RRiVi=(1+RC3S)[RC2S(1+RC3S)+2]V0]]>=RC3(S+1RC3)[S(S+1RC3)+2R2C2C3]V0R2C2C3---(3)]]>整理可得到滤波器的系统传输函数V0Vi=1/RiR2C2C32(S+1RC3)[S2+1RC3S+2R2C2C3]---(4)]]>我们知道，三阶巴特沃思系统函数的标准形式为 比较式(4)和式(5)，并考虑频率归一化，我们可以得到 解出C1、C2、C3，得出 其中，Wc即是滤波器的通频带截至频率， 由于电路中电阻是开关电容模拟的，在计算时，可以把R由时钟频率和电容表示R=14fsCR---(9)]]>其中fs是输入时钟频率。
将式(8)和式(9)带入到式(7)中，整理得C3=CRπfc2fxC2=2CRπfc2fs---(10)C1=C3=CRπfc2fs]]>从式(10)中，我们可以清楚地看到通带带宽fc同电容C1、C2、C3之间的直接关系。当改变电容值时，通带带宽便相应改变了。式(10)是本发明的理论基础。
本发明通带带宽可调的低通滤波器的具体工作过程如下如图2，当FH、FL都为低电平，经过译码电路产生的F0、F1、F2都为低电平，C1a、C1b、C1c、C2a、C2b、C2c、C3a、C3b、C3c这些电容都未并连到滤波器上，C1tot＝C1、C2tot＝C2、C3tot＝C3，滤波器有一个通带带宽fc1；当FH低电平、FL高电平时，F0为高电平，F1、F2为低电平，C1a并上C1、C2a并上C2、C3a并上C3，此时，C1tot＝C1+C1a、C2tot＝C2+C2a、C3tot＝C3+C3a，滤波器有一个通带带宽为fc2；同理也可分析当FH为高电平、FL为低电平时，C1tot＝C1+C1b、C2tot＝C2+C2b、C3tot＝C3+C3b，滤波器有一个通带带宽fc3；FH为高电平、FL为低电平时，C1tot＝C1+C1c、C2tot＝C2+C2c、C3tot＝C3+C3c，滤波器有第四个通带带宽fc4。如此便实现了滤波器可调的四个通带带宽fc1、fc2、fc3、fc4。
图3表示了如何用电容和开关模拟电阻。在集成电路中，要实现高阻值的电阻是很困难的，往往需要占很大的芯片面积，在开关电容电路中，我们往往使用开关和电容来模拟电阻。图3示意性的表示了电容和开关模拟电阻的实现方法。在此种模拟中，R=14fsCR·]]>图4表示了附加电容并连入电路的实现方法。当en=1时两个CMOS模拟开关闭合，附加电容便并连入了滤波器中，而当en=0时，开关断开，两个NMOS管导通，附加电容两端都接在了共模电压上，电容不会被充电。
图5表示了译码电路的实现，F0=FH‾·FL,]]>F1=FH·FL‾,]]>,F2=FH·FL。
这样已详细地描述了本发明的最佳实施例。然而，对本领域中有普通技能的人显而易见的是，可不脱离本发明的精神或范围地对这里揭示的实施例作出许多改变，所以本实施例不应作为对本发明的限制。
权利要求
1.一种通带带宽可调的低通滤波器，其特征在于该滤波器由固定带宽低通滤波器，译码电路和附加电容组成；输入信号经译码电路译码产生控制信号，控制信号连接发送到附加电容的控制端口，控制附加电容是否并联在固定带宽低通滤波器的电容上，附加电容并联与否及其并联电容容值的大小，使该滤波器的电容值发生变化，从而改变滤波器的系统函数参数，实现调节低通滤波器的带宽。
2.根据权利要求1所述的附加电容，其特征在于该附加电容是由多个电容通过并连方式组成的电容组。
3.根据权利要求1或2所述的附加电容，其特征在于附加电容的电容组数量等于固定带宽低通滤波器的级数。
4.根据权利要求1、2或3任一权利要求所述的附加电容，其特征在于组成附加电容的每个电容都有一控制端口，该端口连接在译码电路的输出端，由译码电路产生的控制信号控制其是否并联在固定带宽低通滤波器的电容上。
5.根据权利要求1所述的通带带宽可调的低通滤波器，其特征在于该滤波器的电阻是由开关和电容来模拟的。
6.根据权利要求5所述的开关。其特征在于该开关是由一对NMOS、PMOS管并联而成的CMOS模拟开关。
全文摘要
本发明公开了一种通带带宽可调的低通滤波器，其特征在于该滤波器由固定带宽低通滤波器，译码电路和附加电容组成；译码电路由输入信号译码产生控制信号，控制信号连接发送到附加电容的控制端口，控制附加电容是否并联在固定带宽低通滤波器的电容上，附加电容并联与否及其并联电容组的数量多少使该滤波器的电容值发生变化，从而改变滤波器的系统函数参数，实现调节低通滤波器的带宽，解决固定通带低通滤波器频率在实际应用中的不足。
文档编号H03H1/00GK1983808SQ20051010227
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者刘敬波, 胡江鸣, 王韧, 常军锋, 刘茂生, 吴才润, 梅杨珍, 石岭, 刘云 申请人:深圳艾科创新微电子有限公司