一种滤波去噪电路及时钟电路的制作方法

1.本技术属于时钟技术领域，尤其涉及一种滤波去噪电路及时钟电路。


背景技术：

2.时钟电路是产生像时钟一样准确运动的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路，时钟电路一般由晶体振荡器、主控电路、补偿电路和各种电子元器件等组成。
3.如补偿芯片中由主控电路或补偿电路处理得到的数字信号经数模转换成模拟信号输出时，需对模拟信号采用滤波器进行滤波处理，从而可将有用频率的信号通过而同时抑制无用频率的信号，达到去除噪声的目的。目前通常采用rc滤波(阻容滤波)方式进行滤波，滤波效果不佳。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种滤波去噪电路及时钟电路，以解决在现有时钟电路中的滤波电路的滤波效果不佳的问题。
5.本技术实施例的第一方面提供了一种滤波去噪电路，包括滤波电路、第一反馈电路、第二反馈电路、比较电路以及低通滤波器；
6.所述滤波电路的输入端与模拟信号输出电路连接；
7.所述滤波电路的第一输出端与所述第一反馈电路的输出端连接，所述滤波电路的第二输出端与所述第二反馈电路的输出端连接；
8.所述滤波电路的第三输出端与所述比较电路的同相输入端连接，所述滤波电路的第四输出端与所述比较电路的反相输入端连接；
9.所述比较电路的负输出端与所述第一反馈电路的输入端连接，所述比较电路的正输出端与所述第二反馈电路的输入端连接；
10.所述低通滤波器的输入端分别与所述比较电路的正输出端和所述比较电路的负输出端连接。
11.在一个实施例中，所述滤波电路包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第五开关元件、第六开关元件、第七开关元件、第八开关元件、第一电容和第二电容，所述滤波电路的输入端包括所述滤波电路的第一输入端和所述滤波电路的第二输入端；
12.所述第一开关元件的第一端为所述滤波电路的第一输入端，所述第一开关元件的第二端分别与所述第二开关元件的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第二开关元件的第二端接地；
13.所述第一电容的第二端为所述滤波电路的第一输出端，所述第一电容的第二端分别与所述第一反馈电路的输出端、所述第三开关元件的第一端以及所述第四开关元件的第一端连接；
14.所述第三开关元件的第二端接地，所述第四开关元件的第二端为所述滤波电路的第三输出端；
15.所述第五开关元件的第一端为所述滤波电路的第二输入端，所述第五开关元件的第二端分别与所述第六开关元件的第一端以及所述第二电容的第一端连接，所述第六开关元件的第二端接地；
16.所述第二电容的第二端为所述滤波电路的第二输出端，所述第二电容的第二端分别与所述第二反馈电路的输出端、所述第七开关元件的第一端以及所述第八开关元件的第一端连接；
17.所述第七开关元件的第二端接地，所述第八开关元件的第二端为所述滤波电路的第四输出端。
18.在一个实施例中，所述滤波电路还包括第三电容；
19.所述第三电容的第一端与所述第四开关元件的第二端连接，所述第三电容的第二端与所述比较电路的负输出端连接。
20.在一个实施例中，所述滤波电路还包括第四电容；
21.所述第四电容的第一端与所述第八开关元件的第二端连接，所述第四电容的第二端与所述比较电路的正输出端连接。
22.在一个实施例中，所述第一反馈电路包括第五电容、第九开关元件和第十开关元件；
23.所述第五电容的第一端为所述第一反馈电路的输出端，所述第五电容的第二端分别与所述第九开关元件的第一端和所述第十开关元件的第一端连接；
24.所述第九开关元件的第二端接地，所述第十开关元件的第二端为所述第一反馈电路的输入端。
25.在一个实施例中，所述第二反馈电路包括第六电容、第十一开关元件和第十二开关元件；
26.所述第六电容的第一端为所述第二反馈电路的输出端，所述第六电容的第二端分别与所述第十一开关元件的第一端和所述第十二开关元件的第一端连接；
27.所述第十一开关元件的第二端接地，所述第十二开关元件的第二端为所述第二反馈电路的输入端。
28.在一个实施例中，所述滤波去噪电路还包括增益放大电路；
29.所述增益放大电路的第一输入端与所述比较电路的负输出端和所述比较电路的正输出端连接。
30.在一个实施例中，所述增益放大电路包括第一电阻、第二电阻，可调电阻和放大器；
31.所述第一电阻的第一端为所述增益放大电路的第一输入端，所述第二电阻的第一端为所述增益放大电路的第二输入端；
32.所述放大器的第一输入端分别与所述第一电阻的第二端、第二电阻的第二端和所述可调电阻的第一端连接，所述放大器的第二输入端与偏置电压产生电路的输出端连接，所述放大器的输出端与所述可调电阻的第二端连接。
33.在一个实施例中，所述比较电路包括比较器。
34.本技术实施例的第二方面提供了一种时钟电路，包括本技术实施例的第一方面提供的滤波去噪电路。
35.本技术实施例的第一方面提供的滤波去噪电路，包括滤波电路、第一反馈电路、第二反馈电路、比较电路以及低通滤波器；所述滤波电路的输入端与模拟信号输出电路连接；所述滤波电路的第一输出端与所述第一反馈电路的输出端连接，所述滤波电路的第二输出端与所述第二反馈电路的输出端连接；所述滤波电路的第三输出端与所述比较电路的同相输入端连接，所述滤波电路的第四输出端与所述比较电路的反相输入端连接；所述比较电路的负输出端与所述第一反馈电路的输入端连接，所述比较电路的正输出端与所述第二反馈电路的输入端连接，所述低通滤波器的输入端分别与所述比较电路的正输出端和所述比较电路的负输出端连接。本技术比较电路的负输出端通过第一反馈电路反馈至同相输入端，正输出端通过第二反馈电路反馈至反相输入端，即负输出端与同相输入端以及正输出端与反相输入端均引入了一个负反馈。负反馈将使低通滤波器的幅频特性为高频时，可以迅速衰减，因此只能允许低频端信号通过，从而具有输入阻抗高，输出低阻抗的特点，从而可高效的滤除噪声。
36.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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取其他的附图。
38.图1是本技术实施例提供的滤波去噪电路的结构示意图；
39.图2是本技术实施例提供的滤波去噪电路的又一结构示意图；
40.图3是本技术实施例提供的滤波去噪电路的再一结构示意图；
41.图4是本技术实施例提供的滤波去噪电路的电路原理图；
42.图5是本技术实施例提供的滤波去噪电路的另一结构示意图；
43.图6是本技术实施例提供的增益放大电路的电路原理图。
具体实施方式
44.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
45.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
46.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
47.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0048]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，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。
[0049]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示两个及两个以上。
[0050]
本技术实施例提供一种滤波去噪电路，可应用在存在待滤波信号的电子设备中，具体可应用在时钟电路中，以解决在现有时钟电路中的滤波电路的滤波效果不佳的问题。
[0051]
如图1所示，本技术实施例提供的滤波去噪电路100，包括包括滤波电路10、第一反馈电路20、第二反馈电路30、比较电路40以及低通滤波器50；
[0052]
所述滤波电路10的输入端与模拟信号输出电路连接，滤波电路10的输入端用于接收输入的模拟信号；
[0053]
所述滤波电路10的第一输出端与所述第一反馈电路20的输出端连接，所述滤波电路10的第二输出端与所述第二反馈电路30的输出端连接；
[0054]
所述滤波电路10的第三输出端与所述比较电路40的同相输入端连接，所述滤波电路10的第四输出端与所述比较电路40的反相输入端连接；所述比较电路40的负输出端与所述第一反馈电路20的输入端连接，所述比较电路40的正输出端与所述第二反馈电路30的输入端连接；
[0055]
所述低通滤波器50的输入端分别与所述比较电路的正输出端和所述比较电路的负输出端连接。
[0056]
具体地，滤波去噪电路应用于时钟电路，时钟电路可包括但不限于晶体振荡器、主控电路、补偿电路和各种电子元器件中的一项或多项，主控电路包括控制芯片，所述控制芯片具体可以是单片机中央处理单元(central processing unit，cpu)等能够实现数据处理和控制功能的任意器件，还可以是其他通用控制芯片、数字信号控制芯片(digital signal processor，dsp)、arm微处理器、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用控制芯片可以是微控制芯片或者该控制芯片也可以是任何常规的控制芯片等。
[0057]
在应用中，滤波电路、第一反馈电路以及第二反馈电路可通过开关元件和电容构成来实现，所述比较电路可通过比较器实现，所述比较器可采用具有比较功能的放大器。
[0058]
具体地，比较电路的负输出端通过第一反馈电路反馈至同相输入端，正输出端通过第二反馈电路反馈至反相输入端，即负输出端与同相输入端以及正输出端与反相输入端
均引入了一个负反馈。负反馈将使低通滤波器的幅频特性为高频时，可以迅速衰减，因此只能允许低频端信号通过，从而具有输入阻抗高，输出低阻抗的特点，从而可高效的滤除噪声。
[0059]
如图2所示，在一个实施例中，所述滤波电路包括第一开关元件s1、第二开关元件s2、第三开关元件s3、第四开关元件s4、第五开关元件s5、第六开关元件s6、第七开关元件s7、第八开关元件s8、第一电容c1和第二电容c2，所述滤波电路10的输入端包括所述滤波电路10的第一输入端和所述滤波电路10的第二输入端；
[0060]
所述第一开关元件s1的第一端为所述滤波电路10的第一输入端，所述第一开关元件s1的第二端分别与所述第二开关元件s2的第一端和所述第一电容c1的第一端连接，所述第二开关元件s2的第二端接地；
[0061]
所述第一电容c1的第二端为所述滤波电路10的第一输出端，所述第一电容c1的第二端分别与所述第一反馈电路20的输出端、所述第三开关元件s3的第一端以及所述第四开关元件s4的第一端连接；
[0062]
所述第三开关元件s3的第二端接地，所述第四开关元件s4的第二端为所述滤波电路10的第三输出端；
[0063]
所述第五开关元件s5的第一端为所述滤波电路10的第二输入端，所述第五开关元件s5的第二端分别与所述第六开关元件s6的第一端以及所述第二电容c2的第一端连接，所述第六开关元件s6的第二端接地；
[0064]
所述第二电容c2的第二端为所述滤波电路10的第二输出端，所述第二电容c2的第二端分别与所述第二反馈电路30的输出端、所述第七开关元件s7的第一端以及所述第八开关元件s8的第一端连接；
[0065]
所述第七开关元件s7的第二端接地，所述第八开关元件s8的第二端为所述滤波电路10的第四输出端。
[0066]
具体地，当第一输入端的模拟电压有效时，开关s1和s3闭合、开关s2和s4断开时，电容c1的第二端接地，信号电压通过开关s1向电容c1充电，充电电压为u1；当第二输入端的模拟电压有效时，开关s5和s7闭合、开关s6和s8断开时，电容c2的第二端接地，信号电压通过开关s5向电容c2充电，充电电压为u3。当开关s1和s3断开、开关s2和s4闭合时，电容c1的第一端接地，电容c1进行放电，电压为u2。当开关s1和s3，以及开关s2和s4的开关频率fc高于需要滤波的信号频率时，电容c1在电压u1和u2两个电压节点间交替充放电；那么c1在u1和u2之间传递的电荷将形成平均电流i1：
[0067]
i1＝fc*c1*(u1-u2)(1)
[0068]
同理，当开关s5和s7断开、开关s6和s8闭合时，电容c2的第一端分别接地，电容c2进行放电，电压为u4。当开关s5和s7，以及开关s6和s8的开关频率fc高于需要滤波的信号频率时，电容c2在电压u3和u4两个电压节点间交替充放电，使得c2在u3和u4之间传递的电荷形成平均电流i2,
[0069]
i2＝fc*c2*(u3-u4)(2)
[0070]
从公式1和2可以看出，u1和u2间相当于接入了个等效电阻r1，u3和u4间相当于接入等效电阻r2，r1和r2的值分别为1/(fc*c1)和1/(fc*c2)，因此通过调节开关的开关频率，从而可以改变其等效电阻值，由于目前的rc滤波器由电阻和电容组成，r和c的值决定滤波
的频率。对不同滤波要求，电阻r的值也不相同，如要达到合适的滤波性能需更换硬件电阻，另外电阻存在容差和热漂移这都将影响电阻的阻值，进而影响滤波器的性能，且电阻焊接在电路上的体积较大，因此现有的滤波效果不佳。采用本技术的方法可以替代传统的rc滤波器，传统的rc滤波器中的电阻r和电容c体积往往较大，且针对不同滤波要求，电阻r的值也不相同，而其电阻值可能不是日常中常见的，对此需要定制。采用本技术的滤波器具有体积小功耗低的特点；且通过调节开关的开关频率可以得到不同的等效电阻值，在不改变硬件的情况下可以快速的调节滤波系数，从而达到最佳的滤波效果。
[0071]
如图3所示，在一个实施例中，所述滤波电路还包括第三电容c3；所述第三电容c3的第一端与所述第四开关元件s4的第二端连接，所述第三电容c3的第二端与所述比较电路40的负输出端连接。
[0072]
所述滤波电路10还包括第四电容c4；所述第四电容c4的第一端与所述第八开关元件s8的第二端连接，所述第四电容c4的第二端与所述比较电路40的正输出端连接。
[0073]
如图4所示，在一个实施例中，所述第一反馈电路20包括第五电容c5、第九开关元件s9和第十开关元件s10；所述第五电容c5的第一端为所述第一反馈电路20的输出端，所述第五电容c5的第二端分别与所述第九开关元件s9的第一端和所述第十开关元件s10的第一端连接；
[0074]
所述第九开关元件s9的第二端接地，所述第十开关元件s10的第二端为所述第一反馈电路20的输入端。
[0075]
所述第二反馈电路30包括第六电容c6、第十一开关元件s11和第十二开关元件s12；所述第六电容c6的第一端为所述第二反馈电路30的输出端，所述第六电容c6的第二端分别与所述第十一开关元件s11的第一端和所述第十二开关元件s12的第一端连接；
[0076]
所述第十一开关元件s11的第二端接地，所述第十二开关元件s12的第二端为所述第二反馈电路30的输入端。
[0077]
所述比较电路40包括比较器。
[0078]
具体地，当第一输入端的模拟电压有效时，开关s1、s3和s10闭合、开关s2、s4和s9断开时，电容c1的第二端接地，信号电压通过开关s1向电容c1充电，充电电压为u1；当第二输入端的模拟电压有效时，开关s5、s7和s12闭合、开关s6、s8和s11断开时，电容c2的第二端接地，信号电压通过开关s5向电容c2充电，充电电压为u3。当开关s1、s3和s10断开、开关s2、s4和s9闭合时，电容c1的第一端接地，电容c1进行放电，电压为u2。当开关s1、s3和s10，以及开关s2、s4和s9的开关频率fc高于需要滤波的信号频率时，电容c1在电压u1和u2两个电压节点间交替充放电；那么c1在u1和u2之间传递的电荷将形成平均电流i1：
[0079]
i1＝fc*c1*(u1-u2)(1)
[0080]
同理，电容c2在电压u3和u4两个电压节点间交替充放电，使得c2在u3和u4之间传递的电荷形成平均电流i2,
[0081]
i2＝fc*c2*(u3-u4)(2)
[0082]
当开关s1、s3和s10断开，开关s2、s4和s9闭合时，电容c5的第二端接地，u2向电容c5的第一端充电；当开关s1、s3和s10闭合、开关s2、s4和s9断开时，电容c5的第一端接地，电容c5进行放电，电压为u5；当开关s1、s3和s10，以及开关s2、s4和s9的开关频率为fc，fc高于需要滤波的信号频率时，电容c5在电压u2和u5两个电压节点间交替充放电；那么c5在u2和
u5之间传递的电荷将形成平均电流i3：
[0083]
i3＝fc*c5*(u2-u5)(3)
[0084]
当开关s5、s7和s12断开、开关s6、s8和s11闭合时，电容c6的第二端接地，u4向电容c6的第一端充电。当开关s5、s7和s12闭合、开关s6、s8和s11断开时，电容c6的第一端接地，电容c6进行放电，电压为u6；当开关s5、s7和s12，以及和开关s6、s8和s11的开关频率fc高于需要滤波的信号频率时，电容c6在电压u4和u6两个电压节点间交替充放电；那么c6在u4和u5之间传递的电荷将形成平均电流i4：
[0085]
i4＝fc*c6*(u4-u5)(4)
[0086]
从公式1、2、3和4可以看出，u1和u2间相当于接入了个等效电阻r1，u3和u4间相当于接入等效电阻r2，u2和u5间相当于接入等效电阻r3，u4和u6间相当于接入等效电阻r4。r1、r2、r3和r4的值分别为1/(fc*c1)、1/(fc*c2)、1/(fc*c3)、1/(fc*c6)。
[0087]
如图4所示，当数字信号data为1时，第一输入端有效，将第二输入端信号输入至滤波电路中进行滤波，当数字信号data为0时，第二输入端有效，将第二输入端信号输入至滤波电路中进行滤波。从而实现将数字信号转换成符合预设要求的模拟信号。当开关s1、s3和s10断开、开关s2、s4和s9闭合时，电容c3充电，当s1、s3和s10闭合，开关s2、s4和s9断开时，电压u2与电容c3间相当于有一个无穷大的电阻，电压u2停止向电容c3充电，当开关s2、s4和s9闭合时，u2直接向c3充电。从而第四开关s4的开关可以等效成一个电阻r5。同理，当开关s5、s7和s12断开、开关s6、s8和s11闭合时，电压u4向电容c4的充电，当开关s5、s7和s12闭合，开关s6、s8和s11断开时，电压u4和电容c4间相当于有一个无穷大的电阻，电压u4停止向电容c4充电，当开关s6、s8和s11闭合时，u4直接向c4充电。从而第八开关s8的开关可以等效成一个电阻r6，通过调节开关频率，可以改变等效电阻值。
[0088]
如图5所示，在一个实施例中，所述滤波去噪电路还包括增益放大电路60；所述增益放大电路60的第一输入端与所述低通滤波器的输出端连接。
[0089]
如图6所示，在一个实施例中，所述增益放大电路包括第一电阻r7、第二电阻r8，可调电阻r9和放大器u1；
[0090]
所述第一电阻的第一端为所述增益放大电路60的第一输入端，所述第二电阻让的第一端为所述增益放大电路60的第二输入端；
[0091]
所述放大器u1的第一输入端分别与所述第一电阻r7的第二端、第二电阻r8的第二端和所述可调电阻r9的第一端连接，所述放大器u1的第二输入端与偏置电压产生电路的输出端连接，所述放大器u1的输出端与所述可调电阻r9的第二端连接。
[0092]
具体地，在上述低通滤波器输出的电压值可能太小无法满足设计要求，对此需将输出电压加上一个确定的电压值然后进行放大处理。然而输出的电压中可能是一个交流信号，使得输出的电压大小不同，从而导致交流电压的上下交替变换点(即过零点)不是同一个电压值，对此如可将偏置电压产生电路产生的1.5v作为基准电压，从而使得交流电压以1.5v为基准点进行上下变化。vdac为经过上述比较电路的输出电压，vdac与外部输入电压vc进行累加，可通过外部输入电压vc进行调节，然后接入放大器u1的反相输入端，放大器u1的正输入端接1.5v的基准电压进行叠加然后再进行放大输出，输出电压为vpgao，放大倍数通过对可调电阻r9进行调节，从而满足实际需求。放大器u1可以是集成运算放大器，根据集成运算放大器的虚短和基尔霍夫定律：
[0093]
(1.5-vdac)/r7+(1.5-vc)/r8＝(1.5
–
vpgao)/r9
[0094]
最终输出电压为vpgao＝1.5-((1.5-vdac)/r7+(1.5-vc)/r8)*r9。
[0095]
本技术实施例还提供一种时钟电路，包括上述任一实施例中的匹滤波去噪电路。
[0096]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。