电流型有源滤波电路以及信号处理方法与流程

本发明涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种电流型有源滤波电路以及信号处理方法。

背景技术：

现有的滤波器多为电压型滤波器，而大多数电路结构，如数模转换器(DAC)、上变频混频器(Mixer)等多工作在电流域，因此，当要把电压型滤波器与工作在电流域的电路结构搭配使用时，需要在电压型滤波器的前后两端分别插入电流-电压转换电路以及电压-电流转换电路，这使得整体链路结构变得复杂，增加了功耗。

然而，现有技术中采用的电流型滤波器不能实现特定的，例如巴特沃斯、切比雪夫等响应，带外滚降缓慢，对DAC时钟镜像信号的抑制有限，限制了滤波器在一些要求比较高的系统中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电流型有源滤波电路，其能够工作于电流域的同时，实现带外快速滚降，提高对DAC时钟镜像信号的抑制能力。

本发明的另一目的在于提供一种信号的处理方法，应用于电流型有源滤波电路，运用该方法可以使得电流型有源滤波电路工作于电流域的同时，实现带外快速滚降，提高对DAC时钟镜像信号的抑制能力。

第一方面，本发明实施例提供了一种电流型有源滤波电路，其包括滤波单元、跨导单元以及电流镜单元。所述滤波单元的输出端分别与所述跨导单元的输入端以及所述电流镜单元的输入端电连接，所述跨导单元的输出端与所述电流镜单元的控制端电连接。所述电流镜单元，用于使得所述电流型有源滤波电路工作在电流域；所述滤波单元，用于对输入信号进行滤波处理，并形成所述电流型有源滤波电路幅频响应的第一极点；所述跨导单元，用于与所述电流镜单元共同形成与所述第一极点共轭的第二极点，以使经过所述滤波单元滤波的输出信号在所述滤波单元的带外快速滚降。

在本发明较佳的实施例中，所述跨导单元为运算放大器或者是比较器。

在本发明较佳的实施例中，所述滤波单元包括电阻R以及第一电容C₁，所述第一电容C₁一端接地，另一端与所述电阻R的一端并联，所述电阻R的另一端分别与所述跨导单元的输入端以及所述电流镜单元的输入端电连接。

在本发明较佳的实施例中，所述电流镜单元包括第一MOS场效应管子单元、第二MOS场效应管子单元以及第二电容C₂，所述第一MOS场效应管子单元包括一个MOS场效应管，所述第二MOS场效应管子单元包括一个MOS场效应管。

在本发明较佳的实施例中，所述第一MOS场效应管子单元包括第一MOS场效应管M2、第二MOS场效应管子单元包括第二MOS场效应管M3，所述第一MOS场效应管M2的输入端与所述滤波单元的输出端电连接，所述第一MOS场效应管M2的栅极与所述第二MOS场效应管M3的栅极电连接，所述跨导单元的输出端与所述第一MOS场效应管M2的栅极以及所述第二MOS场效应管M3的栅极电连接，所述第二电容C₂为所述第一MOS场效应管M2的栅极以及所述第二MOS场效应管M3的栅极的共同到地电容。

在本发明较佳的实施例中，所述第一MOS场效应管M2的跨导为g_m2，所述跨导单元的跨导为g_m1，所述镜像单元的增益为G，所述电流型有源滤波电路的3dB带宽和品质因素分别为ω₀和Q，所述电流型有源滤波电路的传输函数

在本发明较佳的实施例中，所述第一MOS场效应管M2和所述第二MOS场效应管M3是P沟道MOS场效应管。

在本发明较佳的实施例中，所述第一MOS场效应管M2与所述第二MOS场效应管M3的尺寸相同。

在本发明较佳的实施例中，所述输入信号是差分信号

第二方面，本发明实施例提供了一种信号的处理方法，应用于电流型有源滤波电路，所述有源滤波电路包括滤波单元、跨导单元以及电流镜单元；所述滤波单元的输出端分别与所述跨导单元的输入端以及所述电流镜单元的输入端电连接，所述跨导单元的输出端与所述电流镜单元的控制端电连接；所述方法包括：所述电流镜单元，使得所述电流型有源滤波电路工作在电流域；所述滤波单元接收电流输入信号；所述滤波单元，对输入信号进行滤波处理，并形成所述电流型有源滤波电路幅频响应的第一极点；所述跨导单元，与所述电流镜单元共同形成与所述第一极点共轭的第二极点，以使经过所述滤波单元滤波的输出信号在所述滤波单元的带外快速滚降。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供了一种电流型有源滤波电路以及信号处理方法，所述电流型有源滤波电路包括滤波单元、跨导单元以及电流镜单元；所述电流镜单元，用于使得所述电流型有源滤波电路工作在电流域；所述滤波单元，用于对输入信号进行滤波处理，并形成所述电流型有源滤波电路幅频响应的第一极点；所述跨导单元，用于与所述电流镜单元共同形成与所述第一极点共轭的第二极点，以使经过所述滤波单元滤波的输出信号在所述滤波单元的带外快速滚降，提高对DAC时钟镜像信号的抑制能力，扩展电流型滤波电路在各种协议系统当中的应用范围。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的电流型有源滤波电路的模块示意图；

图2为本发明实施例提供的电流型有源滤波电路的滤波单元的示意图；

图3为本发明实施例提供的电流型有源滤波电路的跨导单元的示意图；

图4为本发明实施例提供的电流型有源滤波电路的电路结构图；

图5为巴特沃斯函数和切比雪夫函数的幅频曲线图；

图6为本发明实施例提供的信号处理方法的流程图。

图中：

电流型滤波电路100；

滤波单元110；跨导单元120；电流镜单元130。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种电流型有源滤波电路100，其包括滤波单元110、跨导单元120以及电流镜单元130。输入信号Iin从滤波单元110的输入端输入，滤波单元110的输出端分别与所述跨导单元120的输入端以及所述电流镜单元130的输入端电连接，所述跨导单元120的输出端与所述电流镜单元130的控制端电连接，输出信号Iout从所述电流镜单元130的输出端输出。

其中，输入信号Iin可是差分信号，对应地，当输入信号Iin是差分信号时，输出信号Iout也为差分信号。

请参照图2，滤波单元110包括电阻R以及第一电容C₁，所述第一电容C₁一端接地，另一端与所述电阻R的一端并联，所述电阻R的另一端分别与所述跨导单元120的输入端以及所述电流镜单元130的输入端电连接。即电阻R以及第一电容C₁构成一个简单的滤波电路，用于对输入信号Iin进行滤波处理，并形成所述电流型有源滤波电路100在幅频响应的第一极点。

本实施例提供的电流型有源滤波电路100并不局限跨导单元120的具体实现形式，跨导单元120可以为运算放大器或者是比较器等有源器件。以运算放大器为例，运算放大器可以实现了电压跟随的形式，具有很高的输入阻抗和接近零的输出阻抗。请参看图3，图3示出了一种折叠共源共栅跨导运算放大器以运算放大器。

请参看图4，电流镜单元130包括第一MOS场效应管子单元、第二MOS场效应管子单元以及第二电容C₂。所述第一MOS场效应管子单元包括一个第一MOS场效应管M2、第二MOS场效应管子单元包括一个第二MOS场效应管M3，所述第一MOS场效应管M2的输入端与所述滤波单元110的输出端电连接，所述第一MOS场效应管M2的栅极与所述第二MOS场效应管M3的栅极电连接，所述跨导单元120的输出端与所述第一MOS场效应管M2的栅极以及所述第二MOS场效应管M3的栅极电连接。其中，所述第二电容C₂为所述第一MOS场效应管M2的栅极以及所述第二MOS场效应管M3的栅极的共同到地电容。

MOS场效应管也被称为金属氧化物半导体场效应管。它一般有耗尽型和增强型两种。增强型MOS场效应管可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。对于N沟道的MOS场效应管，其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的MOS场效应管，其源极和漏极则接在P型半导体上。MOS场效应管的输出电流是由输入的电压控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为MOS场效应管的原因。

于本实施例中，优选第一MOS场效应管M2和第二MOS场效应管M3是P沟道MOS场效应管，且第一MOS场效应管M2与所述第二MOS场效应管M3的尺寸相同。

电流镜是一种将输入支路的电流拷贝到输出支路，给其他子系统提供电流的电路结构，于本实施例中，电流镜单元130用于使得所述电流型有源滤波电路100工作在电流域，解决了传统滤波电路需要在在数模转换器和滤波器之间插入电流-电压转换电路(I-V)，在滤波器和上变频混频器之间插入电压-电流转换电路(V-I)，使得发射机整体链路复杂，面积增加，功耗增加的问题。

此外，所述跨导单元120，与所述电流镜单元130的第二MOS场效应管M3以及第二电容C₂共同形成与所述第一极点共轭的第二极点。共轭复数极点提高了滤波单元110的带外抑制能力，以使经过所述滤波单元110滤波后的输出信号在所述滤波单元的带外快速滚降。

假设所述第一MOS场效应管M2的跨导为g_m2，所述跨导单元120的跨导为g_m1，所述电流镜单元130的增益为G，所述电流型有源滤波电路100的3dB带宽和品质因素分别为ω₀和Q，则所述电流型有源滤波电路100的传输函数

$H\left(s\right)=\frac{Iout}{Iin}=G\frac{1}{{(s/{\mathrm{\ω}}_0)}^2+Q(s/{\mathrm{\ω}}_0)+1},$

${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{\frac{g_{m1}{g}_{m2}}{C_1{C}_2}},$

$Q=\frac{1}{R}\sqrt{\frac{C_2}{C_1{g}_{m1}{g}_{m2}}}.$

根据上述公式，可以通过上述参数的不同取值，实现特定的巴特沃斯、切比雪夫等滤波函数，例如，通过上述的R、C₁、C₂、g_m1以及g_m2的合理取值，当时，即实现了巴特沃斯滤波函数；当时，即实现了切比雪夫滤波函数。其中，请参看图5，图5中1表示巴特沃斯函数，2表示切比雪夫函数。巴特沃斯函数的通频带内幅频曲线的幅度平坦，而在阻频带则逐渐下降为零；切比雪夫函数在过渡带比巴特沃斯滤函数的衰减快，但通频带内有等值波纹。

电流型有源滤波电路100的工作原理是：本实施例提供的电流型有源滤波电路100包括滤波单元110、跨导单元120以及电流镜单元130；所述滤波单元110的输出端分别与所述跨导单元120的输入端以及所述电流镜单元130的输入端电连接，所述跨导单元120的输出端与所述电流镜单元130的控制端电连接。输入信号Iin从滤波单元110输入后，经过跨导单元120以及电流镜单元130，电流镜单元130使得本发明提供电流型有源滤波电路100工作在电流域，由于整个电流型有源滤波电路100中存在共轭复数极点，使得电流型有源滤波电路100的带外滚降加快，提高了带外抑制能力，从而提升了电流型有源滤波电路100的性能。

第二实施例

请参看图6，本发明实施例提供了一种信号的处理方法，应用于电流型有源滤波电路，所述有源滤波电路包括滤波单元、跨导单元以及电流镜单元；所述滤波单元的输出端分别与所述跨导单元的输入端以及所述电流镜单元的输入端电连接，所述跨导单元的输出端与所述电流镜单元的控制端电连接；所述方法包括：

S110：所述电流镜单元，使得所述电流型有源滤波电路工作在电流域。

S120：所述滤波单元接收电流输入信号。

S130：所述滤波单元，对输入信号进行滤波处理，并形成所述电流型有源滤波电路幅频响应的第一极点。

S140：所述跨导单元，与所述电流镜单元共同形成与所述第一极点共轭的第二极点，以使经过所述滤波单元滤波的输出信号在所述滤波单元的带外快速滚降。

综上所述，本发明实施例提供了一种电流型有源滤波电路100以及信号处理方法，所述电流型有源滤波电路100包括滤波单元110、跨导单元120以及电流镜单元130；所述电流镜单元130，用于使得所述电流型有源滤波电路100工作在电流域；所述滤波单元110，用于对输入信号进行滤波处理，并形成所述电流型有源滤波电路100幅频响应的第一极点；所述跨导单元120，用于与所述电流镜单元130共同形成与所述第一极点共轭的第二极点，以使经过所述滤波单元110滤波的输出信号在所述滤波单元110的带外快速滚降，提高对DAC时钟镜像信号的抑制能力，扩展电流型滤波电路100在各种协议系统当中的应用范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。