一种中频可调且可实现高阶的复数带通滤波器的制作方法

本发明涉及一种中频可调且可实现高阶的复数带通滤波器，属于滤波器技术领域。

背景技术：

在当今的无线射频系统中，接收机很多采用低中频的结构，这种结构中射频信号被正交下变频到低中频，有效的避免了直流失调，同时减小了1/f噪声。采用正交变频，在理想情况下，可以有效的抑制镜像信号的干扰，因而低中频结构的接收发机成为当前的主流结构。在低中频的接收发机中，接收前端需要对信号进行复数滤波以降低镜像干扰。

复数滤波器是由低通滤波器经过频谱搬移得到的,现有的复数滤波器在频谱搬移的过程中，一般选择交叉藕合电阻是固定值，这样选择会增大中频的不确定性,在极端工艺角下电阻变化会很大，导致中频频率的偏移，流片后的芯片良率不高。而且，采用一阶级联实现高阶的功耗较大，所以当前用于高阶复数带通滤波器的架构功耗较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，解决现有复数滤波器因使用固定阻值的交叉藕合电阻，在极端工艺角下出现的因电阻阻值的变化，导致中频偏移，流片后的芯片良率不高的问题，提供一种中频可调且可实现高阶的复数带通滤波器，实现调节复数滤波器的中频的功能。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种中频可调且可实现高阶的复数带通滤波器，包括：i路信号通道和q路信号通道，用于实现二阶低通滤波；交叉藕合电路，由四个结构相同的交叉耦合模块构成，用于连接i路信号通道和q路信号通道实现频谱搬移，且根据外部控制逻辑产生的控制信号控制各交叉耦合模块中电阻阵列阻值，实现调节中频。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述交叉藕合电路包括结构相同的第一至第四交叉耦合模块，其中第一交叉耦合模块的一端连接i路信号通道中i路输入端的正级，且其另一端连接q路信号通道中q路输出端的负极；将第二交叉耦合模块的一端连接i路信号通道中i路输入端的负级，且其另一端连接q路信号通道中q路输出端的正极；将第三交叉耦合模块的一端连接i路信号通道中i路输出端的正级，且其另一端连接q路信号通道中q路输入端的正极；将将第四交叉耦合模块的一端连接i路信号通道中i路输出端的负级，且其另一端连接q路信号通道中q路输入端的负极。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述每个交叉耦合模块包括n个nmos管、n个电阻及一个rconstant电阻，其中n为1以上的自然数；将外部控制逻辑产生的控制信号分别连接至各nmos管的栅极，且各nmos管的漏极均连接rconstant电阻与输入端口in相连；所述各nmos源极均连接一个电阻后与输出端口out相连。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述i路信号通道包括第一至第八电阻、第一至第三电容、第一运放，其中i路输入端的正级连接第一电阻一端，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第一电容的正极、第四电阻的一端相连；所述第二电阻的另一端、第二电容的正极、第三电阻的一端分别与第一运放的输入正端相连，且第三电阻的另一端、第二电容的负极、第五电阻的另一端分别与第一运放的输出负端相连，并将第一运放的输出负端作为i路的输出负极；将第一射频信号i路的负极输入连接第六电阻一端，第六电阻的另一端分别与第七电阻的一端、第一电容的负极、第五电阻的一端相连；所述第五电阻的另一端与第一运放的输出负端相连；所述第七电阻的另一端、第三电容的正极、第八电阻的一端分别与第一运放的输入负端相连，且第八电阻的另一端、第三电容的负极、第四电阻的另一端分别与第一运放的输出正端相连，且将第一运放的输出正端为i路的输出正极。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述q路信号通道包括第九至第十六电阻、第四至第六电容、第二运放，其中q路输入端的正级连接第九电阻一端，第九电阻的另一端分别与第十电阻的一端、第四电容的正极、第十二电阻的一端相连；所述第十电阻的另一端、第五电容的正极、第十一电阻的一端分别与第二运放的输入正端相连，且第十一电阻的另一端、第五电容的负极、第十三电阻的一端分别与第二运放的输出负端相连，并将第二运放的输出负端作为q路的输出负极；将q路的输入端的负极连接第十四电阻的一端，第十四电阻的另一端分别与第十五电阻的一端、第五电容的负极、第十三电阻的另一端相连；所述第十五电阻的另一端、第六电容的正极、第十六电阻的一端分别与第二运放的输入负端相连，且第十六电阻的另一端、第六电容的负极、第十二电阻的另一端分别与第二运放的输出正端相连，且将第二运放的输出正端为q路的输出正极。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明的复数带通滤波器，包括i路信号通道和q路信号通道，交叉藕合电路，i路信号超前q路信号90度，通过交叉耦合电路连接实现频谱搬移;交叉藕合电路包括具有可变阻值的四个交叉耦合模块，通过控制逻辑产生控制信号实现中频的可调节。本发明利用交叉耦合模块替换传统的固定阻值的交叉耦合电阻，避免在极端工艺角下出现的因电阻阻值的变化，导致的中频偏移，流片后的芯片良率不高的情况，通过控制信号控制交叉耦合模块调节中频。

并且，本发明可以作为一个双二阶基本单元，与一阶滤波器单元级联构成更高阶的中频可控的复数滤波器，相比较同类滤波器此架构功耗也较低。

附图说明

图1为本发明中频可调且可实现高阶的复数带通滤波器的电路图。

图2为本发明中交叉耦合电路模块的电路图。

图3为本发明的实现高阶的中频可控的二阶复数滤波器的幅频特性曲线。

图4为本发明通过级联实现的四阶巴特沃兹复数带通滤波器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。

如图1所述，本发明设计了一种中频可调且可实现高阶的复数带通滤波器，主要包括：i路信号通道和q路信号通道，以及交叉藕合电路；所述i路信号通道和q路信号通道用于实现二阶低通滤波；所述交叉藕合电路，由四个结构相同的交叉耦合模块构成，用于连接i路信号通道和q路信号通道实现频谱搬移，且根据外部控制逻辑产生的控制信号控制各交叉耦合模块中电阻阵列阻值，实现调节中频。

所述i路信号通道包括第一至第八电阻、第一至第三电容、第一运放ota1，其中i路输入端的正级vin_i+连接第一电阻rl的一端，第一电阻rl的另一端分别与第二电阻r2的一端、第一电容c1的正极、第四电阻r4的一端相连；所述第二电阻r2的另一端、第二电容c2的正极、第三电阻r3的一端分别与第一运放ota1的输入正端相连，且第三电阻r3的另一端、第二电容c2的负极、第五电阻r5的另一端分别与第一运放ota1的输出负端相连，并将第一运放ota1的输出负端作为i路的输出负极vout_i-；将第一射频信号i路的负极输入vin_i-连接第六电阻r6一端，第六电阻r6的另一端分别与第七电阻r7的一端、第一电容c2的负极、第五电阻r5的一端相连；所述第五电阻r5的另一端与第一运放的ota1的输出负端相连；所述第七电阻r7的另一端、第三电容c3的正极、第八电阻r8的一端分别与第一运放ota1的输入负端相连，且第八电阻r8的另一端、第三电容c3的负极、第四电阻r4的另一端分别与第一运放ota1的输出正端相连，且将第一运放ota1的输出正端为i路的输出正极vout_i+。

所述q路信号通道的电路结构与i路信号通道相同，其具体包括：第九至第十六电阻、第四至第六电容、第二运放ota2，其中q路的输入端的正极vin_q+接第九电阻r9的一端，第九电阻r9的另一端分别与第十电阻r10的一端、第四电容c4的正极、第十二电阻r12的一端相接，所述第十二电阻r12的另一端与第二运放ota2的输出正端相连；所述第十电阻r10的另一端、第五电容c5的正极、第十一电阻r11一端分别与第二运放ota2的输入正端相接；所述第五电容c5的负端、第十一电阻r11的另一端、第十三电阻r13的一端分别与第二运放ota2的输出负端相接，且将第二运放ota2的输出负端作为q路的输出负极vout_q-；q路的输入端的负极vin_q-连接第十四电阻r14的一端，第十四电阻r14的另一端分别与第十五电阻r15的一端、第四电容c4的负极、第十三电阻r13的另一端相连；；所述第十五电阻r15的另一端分别与第六电容c6的正极、第十六电阻r16的一端连接后接入第二运放ota2的输入负端；所述第十六电阻r16的另一端、第六电容c6负极分别与第二运放ota2的输出正端连接，且将第二运放ota2的输出正端作为q路的输出正极vout_q+。

所述交叉藕合电路包括结构相同的第一至第四交叉耦合模块，其中第一交叉耦合模块t1的一端连接i路信号通道中i路输入端的正级，且其另一端连接q路信号通道中q路输出端的负极；将第二交叉耦合模块t2的一端连接i路信号通道中i路输入端的负级，且其另一端连接q路信号通道中q路输出端的正极；将第三交叉耦合模块t3的一端连接i路信号通道中i路输出端的正级，且其另一端连接q路信号通道中q路输入端的正极；将将第四交叉耦合模块t4的一端连接i路信号通道中i路输出端的负级，且其另一端连接q路信号通道中q路输入端的负极。

具体地，如图1所示，交叉藕合电路中第一交叉耦合模块t1的一端接第一运放ota1的输入正端，第一交叉耦合模块t1的另一端接第二运放ota2的输出负端；第二交叉耦合模块t2的一端接第一运放ota1的输入负端，其另一端接第二运放ota2的输出正端；第三交叉耦合模块t3的一端接第一运放的输出正端，其另一端接第二运放ota2的输入正端；第四交叉耦合模块t4的一端接第一运放的输出负端，其另一端接第二运放ota2的输入正端。

所述第一至第四交叉耦合模块四个模块结构相同，其具体结构如图2所示，包括n个nmos管、n个电阻及一个rconstant电阻，其中n为1以上的自然数，即nmos管m1至mn、电阻res_1至res_n、rconstant电阻；将外部控制逻辑产生的控制信号s1至sn分别连接至m1、m2、…mn的栅极，且nmos管m1、m2、…mn的漏极均连接rconstant电阻后与输入端口in相连；所述各nmosm1、m2、…mn的源极均对应连接电阻res_1、res_2…res_n后与输出端口out相连。

本发明的工作原理是：i、q两路正交信号分别从i路的正负极输入vin_i+、vin_i-，q路的正负极输入vin_q+、vin_q-输入，再通过手动开关使控制逻辑产生相应的控制信号s1、s2…sn，来调节交叉耦合模块的中电阻res_1、res_2…res_n的阻值，从而达到调节中频的目的。

如图3所示，为本实例中频可调的四阶滤波器的幅频特性曲线，可以看到控制信号控制交叉耦合模块的电阻阵列的接入情况，改变中频的效果。

如图4所示，为本实例中通过级联实现的四阶巴特沃兹复数带通滤波器，包括两个二阶复数带通滤波器串联，即第一二阶复数滤波器f1和第二二阶复数滤波器f2。每个二阶复数带通滤波器，分别包括如图1所示的i路信号通道和q路信号通道以及交叉藕合电路。

所述的四阶巴特沃兹复数带通滤波器，其中第一射频信号i路的正极输入vin_i+接第一二阶复数滤波器f1的i路输入正端vip1_i，第一射频信号i路的负极输入vin_i+接第一二阶复数滤波器f1的i路输入负端vin1_i；第二射频信号i路的正极输入vin_q+接第一二阶复数滤波器f1的i路输入正端vip1_q，第一射频信号i路的负极输入vin_q+接第一二阶复数滤波器f1的i路输入负端vin1_q；第一二阶复数滤波器f1的i路输出正极vop1_i的输出信号vout1_i+与第二二阶复数滤波器f2的i路输入负端vin2_i相连接；第一二阶复数滤波器f1的i路输出负极von1_i的输出信号vout1_i-与第二二阶复数滤波器f2的i路输入正端vip2_i相连接；第一二阶复数滤波器f1的q路输出正极vop1_q的输出信号vout1_q+与第二二阶复数滤波器f2的q路输入负端vin2_q相连接；第一二阶复数滤波器f1的q路输出负极von1_q的输出信号vout1_q-与第二二阶复数滤波器f2的q路输入正端vip2_q相连接；第二二阶复数滤波器f2的i路输出正极输出信号为vout2_i+；第二二阶复数滤波器f2的i路输出负极输出信号为vout2_i-；第二二阶复数滤波器f2的q路输出正极输出信号为vout2_q+；第二二阶复数滤波器f2的q路输出负极输出信号为vout2_q-。

由上述可知，本发明的创新之处在于利用交叉藕合电路实现射频i路通道和射频q通道的频谱搬移，并利用外围控制逻辑产生控制信号控制交叉藕合电路的第一模块、第二模块、第三模块和第四模块的电阻阵列阻值，实现调节复数滤波器的中频的功能，进而避免了因使用固定阻-值的交叉藕合电阻，在极端工艺角下出现的因电阻阻值的变化，导致中频偏移，流片后的芯片良率不高的情况。而且，此结构可与一个双二阶基本单元,与一阶滤波器单元级联构成更高阶的中频可调复数滤波器。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。