一种全数字有源rc滤波器带宽校准电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型是应用于无线射频通信芯片中的有源RC滤波器的带宽校准电路，通过 对频率的积分进行检测并调节电容RC常数来达到校准有源RC滤波器带宽的目的。
【背景技术】
[0002] 目前，在主流的CMOS工艺中设计有源RC滤波器，会受到电阻(R)和电容(C)随工艺、 温度变化带来的巨大影响。一般情况下，CMOS工艺中的电阻偏差范围在± 20%左右，电容偏 差范围在± 10%左右，由此带来的RC常数变化高达± 33%，因此如果不对RC常数进行调节， 有源RC滤波器将无法正常工作。当前在无线射频通信芯片上对R或C的绝对值进行直接测量 还面临着许多困难。例如测量CMOS工艺中R的绝对值需要一个高精度的片外电阻作为参考， 而这需要以额外占用一个芯片端口和增加系统成本为代价。因此现在通用的做法利用R、C 的物理特性将RC常数转化成电压、频率或其他物理量来进行间接测量。校准有源RC滤波器 的带宽一般有三种方法:第一种方法，选定一个固定值的电阻，通过调节电容阵列，来校准 RC常数;第二种方法，选定一个固定值的电容，通过调节电阻阵列，来校准RC常数;第三种方 法，先以一个高精度的片外电阻为参考，调节电阻阵列，来校准R的绝对值，再通过调节电容 阵列，来校准RC常数。在实际应用中可以根据系统指标和滤波器类型来选择这三种方法当 中的一种。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型在于提出一个新型高精度全数字有源RC滤波器带宽校准电路，可以兼 容上述三种带宽校准方法和任意外部晶振参考频率。
[0004] 为达到上述目标，本实用新型采用的技术方案为：
[0005] -种全数字有源RC滤波器带宽校准电路，它包含：晶振、有源RC滤波器、第一数字 积分器和第二数字积分器、数字逻辑模块，晶振输出频率F ref和有源RC滤波器输出频率Frc分 别经过第一数字积分器和第二数字积分器进行积分，再经过数字逻辑模块求出RC常数值。
[0006] 其中晶振是片外元器件，输出频率固定为FREF。有源RC滤波器包含一个电阻调节阵 列和一个电容调节阵列，其输出频率为F RC，其与RC常数的关系为:FRC=l/i3RC，i3为一常数。 通过调节R或C，均可线性改变其输出频率F Re。第一数字积分器和第二数字积分器在Reset信 号为低时分别对Fref和Frc进行积分并输出，在Reset信号为尚时将输出Nref和Nrc置零。数字 逻辑模块负责对第一数字积分器和第二数字积分器的输出信号N ref和Nrc进行逻辑判断，求 解出有源RC滤波器的输出频率FRC，即可间接得出电阻电容调节阵列中的RC常数，与预先设 定的带宽所需RC常数进行比较，确定电阻电容调节阵列的调节方向，通过Band信号调节有 源RC滤波器的电阻或电容阵列，直至选中一个与设定所需RC常数值最接近的电阻电容调节 阵列控制字，从而达到校准有源RC滤波器带宽的目的。
[0007] 有益效果：
[0008] 本实用新型中的全数字有源RC滤波器带宽校准电路可以在不改变电路结构的情 况下，仅通过改变Nrc和Nref这两个参数，即可在任意带宽和任意晶振输出频率下实现高精度 的带宽检测，简化了电路的复杂程度。另一方面由于全数字化检测，可通过Verilog编程实 现，与CMOS工艺无关，因此可以快速随工艺迭代，节约了电路设计时间。
【附图说明】
[0009] 图1所示的是全数字有源RC滤波器带宽校准电路框图。
[0010] 图2所示的是传统的有源RC滤波器带宽校准电路框图。
[0011] 图3所示的是全数字有源RC滤波器带宽校准时序图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本实用新型的具体实施方案作进一步的说明。
[0013]如图1所示，有源RC滤波器2的输出频率为
[0015]其中，β为一常数。晶振1的输出频率为Fref，因此Fref积分Nref个周期的时间为
[0017]在相同的时间内，第二数字积分器4的输出为
[0021] 式(4)中，β和Fref均为已知常数，因此只要设定一个固定的Nref，即可由Nrc获得RC常 数的值。Nref的值需要综合有源RC滤波器带宽的校准精度和时间来设定，较大的Nref可以提 高RC常数值测量的精度，较小的N ref可以获得更快的锁定时间。
[0022]如图2所示的传统有源RC滤波器带宽校准电路RC常数与晶振输出频率Fref之间的 关系为
[0024]其中，Ndiv为一正整数。由式(5)可知，传统有源RC滤波器带宽校准电路在单一带宽 和晶振频率的情况下精度较佳，但很难适应现代无线射频通信芯片带宽和晶振频率多变的 需求。而本实用新型中的全数字有源RC滤波器带宽校准电路克服带宽和晶振频率的限制， 在任意带宽和任意晶振输出频率下均可达到较佳的精度。
[0025]在如图3所示的全数字有源RC滤波器带宽校准时序图中，设β = I、Fref = 16.368MHz、Nref = 64，Band初始值为5位的中间值16，若目标值I/RC = IOM，由式⑷可得Nrc ? 39.1，取1^ = 39，则实际值1/1?〇 9.9741，可见与目标值仅相差0.26%。在图3第一个积分周 期中，Nrc = 32,比目标值39小，Band根据折半查找法设为24。在第二个积分周期中，Nrc = 43， 大于目标值39，因此Band设为20。重复上述步骤，即可锁定最接近目标值的Band值。
[0026] 若图3中晶振频率变为Fref = 26MHz，若保持其他值不变，则求出Nrc = 25，1/RO 10.156M，与目标值偏差1.56 %。此时可将Nref设为128，则Nrg = 49，I/RO 9.953M，与目标值 偏差即可降低到0.47%。由此可以得出，本实用新型中的全数字有源RC滤波器带宽校准电 路可以在不改变电路结构的情况下，仅通过改变Nrc和Nref这两个参数，即可在任意带宽和任 意晶振输出频率下实现高精度的带宽检测，简化了电路的复杂程度。另一方面由于全数字 化检测，可通过Veri log编程实现，与CMOS工艺无关，因此可以快速随工艺迭代，节约了电 路设计时间。
[0027]本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可 以通过电路设定来指令相关的硬件来完成的，该电路设定可以通过单片机或其他类似功能 的集成芯片完成，本实用新型的核心实用新型点在于系统的整体结构布局，局部控制方法 可通过现有技术编程完成。
【主权项】
1.一种全数字有源RC滤波器带宽校准电路，其特征在于它包含：晶振（1)、有源RC滤波 器(2)、第一数字积分器(3)和第二数字积分器(4)、数字逻辑模块(5)，晶振(1)输出频率Fref 和有源RC滤波器(2)输出频率FRe分别经过第一数字积分器(3)和第二数字积分器(4)进行积 分，再经过数字逻辑模块(5)求出RC常数值。
【专利摘要】一种全数字有源RC滤波器带宽校准电路，其特征在于它包含：晶振(1)、有源RC滤波器(2)、第一数字积分器(3)和第二数字积分器(4)、数字逻辑模块(5)，晶振(1)输出频率和有源RC滤波器(2)输出频率分别经过第一数字积分器(3)和第二数字积分器(4)进行积分，再经过数字逻辑模块(5)求出RC常数值。本实用新型可在任意带宽和任意晶振输出频率下实现高精度的带宽检测，简化了电路的复杂程度。另一方面由于全数字化检测，可通过Verilog编程实现，与CMOS工艺无关，因此可以快速随工艺迭代，节约了电路设计时间。
【IPC分类】H03H17/02
【公开号】CN205265641
【申请号】CN201521083727
【发明人】许美程, 沈剑均
【申请人】江苏星宇芯联电子科技有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月22日