专利名称：可自动校正中心频率的校正回路、滤波电路及相关方法
技术领域：
本发明是提供一种可自动校正滤波器的中心频率的滤波电路，尤指一种利用积分器来达到自动校正滤波器的中心频率的滤波电路。
背景技术：
在整个芯片整合的趋势，除了容纳的逻辑元件数目提高的同时，另一方面也要求芯片的面积愈做愈小。目前芯片设计的趋势尽可能减少外部元件以降低成本及缩小电路板的面积。将传统设计必须外加的元件，如将滤波器整合到芯片的内部，已成为一个必要的技术。
在许多的通讯传输领域，都会用到滤波器。一般而言，离散时间滤波器(Discrete Time Filter)较能准确控制频宽，但适用的频宽较窄，因此高频电路往往采用连续时间滤波器(Continuous Time Filter)，其中又以较节省电源的转导器-电容(gm-c)滤波器为首选。转导器-电容滤波器最容易遭遇到的问题是电路元件在制程上发生变异，而造成每次的产品有不同的特性参数。这些特性参数会随着环境变化，如温度变化、偏压的影响而有所不同。例如晶体管的转导值，电阻与电容的值，这些参数无疑地都会直接影响电路的特性，如滤波器的中心频率、放大器的增益等，进而影响整个集成电路的效能及准确度。
先前的技术中，通常采用数学的方式运算来达到校正滤波器的中心频率的目的。或者采用一个与欲校正的滤波器结构相似的滤波器来作为校正的基准，一般皆是以锁相回路(Phase Lock Loop，PLL)来复制一个从属滤波器(Slave Filter)，其中该锁相回路锁搭配的压控振荡器(Voltage ControlledOscillator，VCO)是复制部分或全部欲校正的滤波器而得，再配合其它电路来处理反馈的信号。然而这种方法的缺点是电路面积大，消耗的功率也大，再者，要等锁相回路完成锁相后才能再次校正该滤波器的中心频率，校正速度缓慢，且所需花费的时间较长。
发明内容
本发明是提供一种可自动校正滤波器的中心频率的校正回路、滤波电路及相关方法，该滤波电路包含该校正回路及滤波器。该校正回路包含振荡器、积分器、振幅比较器以及工作电压调整器。该振荡器用来产生参考时钟信号，该积分器是耦接于该振荡器，用来根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅。该振幅比较器的第一输入端是耦接于该积分器，第二输入端是耦接于该振荡器，用来比较该积分器的该输出振幅与该振荡器的该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果。该工作电压调整器的输入端是耦接于该振幅比较器，输出端是耦接于该积分器，用来根据该振幅比较器输出的该比较结果调整输入至该积分器的该工作电压。
本发明还提供一种可自动校正滤波器的中心频率的滤波电路，包含振荡器，用来产生参考时钟信号；积分器，耦接于该振荡器，该积分器用来根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅；振幅比较器，其具有第一输入端是耦接于该积分器，以及第二输入端是耦接于该振荡器，该振幅比较器用来比较该积分器的该输出振幅与该振荡器的该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果；滤波器，用来根据该工作电压产生中心频率；及工作电压调整器，其具有输入端是耦接于该振幅比较器，以及输出端是耦接于该积分器及该滤波器，该工作电压调整器用来根据该振幅比较器输出的该比较结果调整输入至该积分器及该滤波器的该工作电压。
本发明是提供一种自动校正滤波器的中心频率的方法，包含有产生参考时钟信号；根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅；比较该输出振幅与该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果；以及根据该比较结果调整该工作电压，并通过调整后的工作电压进一步调整滤波器的中心频率。
图1为本发明一可自动校正滤波器的中心频率的滤波电路的示意图。
图2为图1滤波电路的滤波器的电路图。
图3为图2滤波器的回旋器的示意图。
图4为图1滤波电路的积分器的示意图。
10滤波电路 12校正回路
13振荡器 14积分器15振幅比较器 16工作电压调整器18滤波器 V1工作电压152、262 第一输入端 154、264 第二输入端162 输入端 164 输出端CLK 参考时钟信号gm转导器 C 电容26回旋器 22、24电压源VinI、VinQ、Vin 输入电压VoutI、VoutQ、Vout输出电压gm1 第一转导器 gm2 第二转导器gm3 第三转导器 gm4 第四转导器266 第一输出端 268 第二输出端32差动转导器具体实施方式
请参考图1。图1为本发明一可自动校正滤波器的中心频率的滤波电路10的示意图。滤波电路10包含校正回路12及滤波器18。校正回路12包含振荡器13、积分器14、振幅比较器15以及工作电压调整器16。振荡器13可为石英振荡器，用来产生频率为fc的参考时钟信号CLK，于一实施例中，参考时钟信号CLK为弦波型态的信号，由于石英振荡器的频率特性十分稳定，因此适合作为比较的基准。积分器14是耦接于振荡器13，积分器14具有单增益频率fu，积分器14用来根据工作电压V1产生输出振幅，该输出振幅是相对应于单增益频率fu。振幅比较器15具有第一输入端152是耦接于积分器14，用来接收积分器14产生的该输出振幅，第二输入端154是耦接于振荡器13，振幅比较器15用来比较积分器14的输出振幅与参考时钟信号CLK的振幅，并输出比较结果。工作电压调整器16的输入端162是耦接于振幅比较器15的输出端，输出端164是耦接于积分器14及滤波器18，用来根据振幅比较器15输出的比较结果调整输入至积分器14及滤波器18的工作电压V1。其中，振荡器13、积分器14、振幅比较器15、工作电压调整器16及滤波器18是设于同一芯片上。
请参考图2。图2为图1滤波电路10的滤波器18的电路图。滤波器18为转导-电容(Transconductance-C)滤波器，包含多个回旋器(gyrator)26、多个电容C及多个转导器gm。滤波器18包含两电压源22、24，用来提供两输入电压VinI、VinQ。电压源22的第一端耦接于一转导器gm，其第二端耦接于另一转导器gm；电压源24的第一端耦接于另一转导器gm，其第二端耦接于另一转导器gm。经过多个耦接在一起的回旋器26及多个耦接在一起的电容C之后，滤波器18输出两输出电压VoutI、VoutQ，完成滤波的目的。滤波器18具有中心频率fc，滤波器18用来根据工作电压V1产生中心频率fc，中心频率fc由转导器gm及电容C所决定，中心频率fc＝转导值/(2*pi*电容值)。由于转导器gm的转导值会随着工作电压改变(如图1的工作电压V1)，电压愈高时转导值也愈高，而滤波器18的中心频率fc是由转导值与电容值的比值所决定，通过调整滤波器18的工作电压V1即可调整转导值，而进一步调整中心频率fc。
请参考图3。图3为图2滤波器18的回旋器26的示意图。回旋器26是由四个转导器gm所构成，回旋器26包含第一输入端262、第二输入端264、第一输出端266及第二输出端268。其中，第一转导器gm1的输入端耦接于第三转导器gm3的输出端且为回旋器26的第一输入端262，第二转导器gm2的输入端耦接于第四转导器gm4的输出端且为回旋器26的第二输入端264，第一转导器gm1的输出端耦接于第四转导器gm4的输入端且为回旋器26的第一输出端266，第二转导器gm2的输出端耦接于第三转导器gm3的输入端且为回旋器26的第二输出端268。其中，转导器gm与回旋器26的转导值皆相同。
请参考图4。图4为图1滤波电路10的积分器14的示意图。积分器14包含差动转导器32及电容C，积分器14包含输入电压Vin及输出电压Vout。差动转导器32耦接于振荡器13与工作电压调整器16(如图1所示)，用来根据振荡器13输入的参考时钟信号CLK与工作电压V1产生驱动信号，电容C耦接于差动转导器32，用来根据差动转导器32产生的驱动信号进行充放电，以产生该输出振幅。积分器14具有单增益频率fu，单增益频率fu由差动转导器32及电容C所决定，单增益频率fu＝转导值/(2*pi*电容值)。因此，积分器14的单增益频率fu与滤波器18的中心频率fc是相同的(复制相同的转导器与电容，其中转导器gm、差动转导器32与回旋器26的转导值皆相同)。只要同步调整积分器14与滤波器18，积分器14的单增益频率fu是对应于滤波器18的中心频率fc，当积分器14的单增益频率fu调整到正确值，滤波器18的中心频率fc也会调整到正确值。积分器14工作在频率为单增益频率fu时，其增益为1，意即输入电压Vin与输出电压Vout的振幅相同。当积分器14工作在频率为高于单增益频率fu时，其增益大于1，意即Vout＞Vin；当积分器14工作在频率为低于单增益频率fu时，其增益小于1，意即Vout＜Vin。可利用积分器14的此种特性来调整积分器14的单增益频率fu。
请继续参考图1。振荡器13提供频率为fc的参考时钟信号CLK作为参考的基准，通过振幅比较器15比较积分器14的输入信号与输出信号的振幅。其中，积分器14输入信号为频率fc的参考时钟信号CLK，而输出信号的频率为fu，当积分器14的输出信号振幅大于参考时钟信号CLK的振幅，代表频率fu大于频率fc，此时通过工作电压调整器16降低工作电压V1以降低频率fu；当积分器14的输出信号振幅小于参考时钟信号CLK的振幅，代表频率fu小于频率fc，此时通过工作电压调整器16调高工作电压V1以调高频率fu。经过校正回路12不断地调整，最后将频率fu调整至与频率fc相等，意即将积分器14的单增益频率fu调整至与滤波器18的中心频率fc相等。
以上所述的实施例仅用来说明本发明，并不局限本发明的范畴。文中所提到的滤波器18，并不局限于由转导器与电容所构成的滤波器，而积分器14也不局限于由转导器与电容所构成的积分器，只要积分器与滤波器的构成元件相同即属于本发明的范畴。
由上可知，本发明提供一种可自动校正滤波器的中心频率的校正回路12与滤波电路10，利用构成元件相同的积分器14来校正滤波器18的中心频率，来减少滤波电路10的误差，且振荡器13、积分器14、振幅比较器15、工作电压调整器16及滤波器18是设于同一芯片上，尽量减少芯片外部元件，以降低成本及缩小电路板的面积。且本发明不需复制一个锁相回路，可以节省许多的面积及消耗功率，再者，利用一个简单的积分器来完成校正回路，大幅减少元件的数目，又可以达到校正滤波器的中心频率的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种可自动校正滤波器的中心频率的校正回路，包含有振荡器，用来产生参考时钟信号；积分器，耦接于该振荡器，该积分器用来根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅；振幅比较器，其第一输入端是耦接于该积分器，第二输入端是耦接于该振荡器，用来比较该积分器的该输出振幅与该振荡器的该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果；以及工作电压调整器，其具有输入端是耦接于该振幅比较器，以及输出端是耦接于该积分器，该工作电压调整器用来根据该振幅比较器输出的该比较结果调整输入至该积分器的该工作电压。
2.根据权利要求1所述的校正回路，其中该积分器具有单增益频率，该输出振幅是对应于该单增益频率。
3.根据权利要求2所述的校正回路，其中该积分器的该单增益频率是对应于该滤波器的中心频率。
4.根据权利要求1所述的校正回路，其中该振荡器、该积分器、该振幅比较器与该工作电压调整器是设于同一芯片上。
5.根据权利要求1所述的校正回路，其中该振荡器为石英振荡器。
6.根据权利要求1所述的校正回路，其中该积分器包含转导器，耦接于该振荡器与该工作电压调整器，用来根据该参考时钟信号与该工作电压，产生驱动信号；以及电容，耦接于该转导器，用来根据该转导器产生的该驱动信号进行充放电，产生该输出振幅。
7.一种可自动校正滤波器的中心频率的滤波电路，包含振荡器，用来产生参考时钟信号；积分器，耦接于该振荡器，该积分器用来根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅；振幅比较器，其具有第一输入端是耦接于该积分器，以及第二输入端是耦接于该振荡器，该振幅比较器用来比较该积分器的该输出振幅与该振荡器的该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果；滤波器，用来根据该工作电压产生中心频率；及工作电压调整器，其具有输入端是耦接于该振幅比较器，以及输出端是耦接于该积分器及该滤波器，该工作电压调整器用来根据该振幅比较器输出的该比较结果调整输入至该积分器及该滤波器的该工作电压。
8.根据权利要求7所述的滤波电路，其中该积分器具有单增益频率，该输出振幅是对应于该单增益频率。
9.根据权利要求8所述的滤波电路，其中该积分器的该单增益频率是对应于该滤波器的该中心频率。
10.根据权利要求7所述的滤波电路，其中该振荡器、该积分器、该振幅比较器、该工作电压调整器与该滤波器是设于同一芯片上。
11.根据权利要求7所述的滤波电路，其中该振荡器为石英振荡器。
12.根据权利要求7所述的滤波电路，其中该滤波器为转导-电容滤波器。
13.根据权利要求7所述的滤波电路，其中该滤波器包含多个转导器及多个电容。
14.根据权利要求7所述的滤波电路，其中该积分器包含转导器，耦接于该振荡器与该工作电压调整器，用来根据该振荡器产生的该参考时钟信号与该工作电压，产生驱动信号；以及电容，耦接于该转导器，用来根据该转导器产生的该驱动信号进行充放电，以产生该输出振幅。
15.一种自动校正滤波器的中心频率的方法，包含(a)产生参考时钟信号；(b)根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅；(c)比较该输出振幅与该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果；以及(d)根据该比较结果调整该工作电压；其中，通过调整后的工作电压进一步调整滤波器的中心频率。
16.根据权利要求15所述的方法，其中步骤(b)还包含(e)根据该参考时钟与该工作电压产生驱动信号；以及(f)根据该驱动信号对电容进行充放电，以产生该输出振幅。
全文摘要
校正回路包含振荡器、积分器、振幅比较器以及工作电压调整器。该振荡器用来产生参考时钟信号。该积分器是耦接于该振荡器，用来根据该参考时钟信号及工作电压产生输出振幅。该振幅比较器的第一输入端是耦接于该积分器，第二输入端是耦接于该振荡器，用来比较该积分器的该输出振幅与该振荡器的该参考时钟信号的振幅，并输出比较结果。该工作电压调整器的输入端是耦接于该振幅比较器，输出端是耦接于该积分器，用来根据该比较结果调整该工作电压。
文档编号H03L7/00GK101043209SQ20061006764
公开日2007年9月26日 申请日期2006年3月22日 优先权日2006年3月22日
发明者张国威, 李雋仪, 李文正 申请人:普诚科技股份有限公司