自校准滤波器的制作方法

专利名称：自校准滤波器的制作方法
白校准滤波器
背景狱
有多种釆用滤波器的电子电路。鄉抹说，设计用来发送和接,信信号 的电路一般具有各种滤波器，包括低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。这 种通信电路可以用在多种设备和应用中，包括电话、电视、无线计算设备、音
频设备、个人数字助理(PDA)及其他樹可适当的进行信号通信的系统。当然， 除了通信电路之外，其他多种电子电J^包括、i^波器。
已知滤波器的操作性能会随一些因素而改变。对于由元件组合(例如，运 算放大器、电容器、电阻器等)所组成的传统低通滤波器来说，滤波器的预期 截频会在操作过程中显著地变化，这取决于该滤波器经历的处理负荷和环境变 化(例如，温度变化)。
传统用于处理这种操作变化的解决方案是设计电子电路的外围元件，并以 外围元件允许滤波器性能中的偏离的方式，行设计。另一种解决方案是利用
独立的参考电路来测l:滤波器性能，然后有选择地导通或断开电P且或电容来根 据需要调整i^波器的操作性能。不幸的是，这种传统的解决方案并非是理想的， 而且会忽视导致了其 作错误的必然的副作用。新的技术减轻了滤波器的操 作变化，同时对现有fe^不合乎需要的方面加以改进，它将具备相当大的实用 性。


参照附图来描述具体说明。在附图中，参考值中最左边的数字标志着在其 中首先出现该参考值的附图。在说明书和附图中不同的实例里使用相同的参考 值会指示對贼相同的项。
图1是可以在其中实现本发明所述技术的示例性环境； 图2是根据本发明实施过程用在图1的示例性环境中的自校准滤波电路； 图3和4 ^图2中自校准滤波电路的一对可调整部分的可控元件的实施 Ml呈的放大图5和6恭^佣传统模拟工具来确定的示例性相关娜的表格；以及图7是表示根据本发明另一个实M^呈的自校准搶波，的,图。
具体实施例方式
^tk公开了自校准搶波皿术，皿正或自校准以说明由于操作制牛而引 起的性能变化。通常，根据本发明所述的技术会利用搶波器本身作为校准 ， 因此，就会适当地考虑到副作用。这种駄可以M^、搶波器操作性能中的变化， 同时还提高了传统解决方案中非预期的方面。
更具体地说，根据本发明所述自校准i^波器和滤波方法的实施，会提供 附加电路，其匹配滤波器的无源元件。当滤波器运行时，测量其固有振动，而
且该领懂到的振动提供熗波器的性育辦征(例如，截频(cut"Offfrequency))的 图像。在某些实施过程中，可以数字化地测量滤波器的固有振动。在校准处理 iif呈中，搶波器易遭受寄生效应，包括目标振荡频^(target oscillation frequency)。 目标振荡频率表示滤波器的操作截频。通过将滤波器本身用作校,准，可以 離滤波繊作性能中的变化，而且可以对非预期的副作用进行适当的调整。
根据一个实施战呈，自校准滤波电路包括初级滤波部分和校准反馈部分。 初级滤波部分具有至少一个无源元件且被配置成接收输入和提供^M输出。校 准反馈部分接收该滤波输出并为初级滤波部分提供反馈。可调整部分具有可控 段(controllable segment),与初级滤波部分的至少一个无源元件并f^合。在操 作过程中，根据来自于校准反馈部分的反馈来调整该可调整部分的可控段。因 此，禾U用来自于该电路的校准反馈部分的反^t搶波输出进fiH周谐(tune)以提 供予^的^^ll出。
在另一个实施^lf呈中，方法包括了接收信号并输入给'i^波电路的初级滤波 部分，禾,初级滤波部分对该信号进斤滤波。接^自于初级滤波部分的滤波 输出并输入给次级滤波部分，判断该滤波输出是否满足验收标准。如果滤波输 出不满足验收标准，贝喊方法包括分析该滤波输出以确定相关调整，为相关调 整的初级滤波部，征提供反馈，根据反馈调整初级滤波部分的至少一部分来 至少部分地提高该滤波输出的可接受性。
可以按照多种方式来实现此处所描述的技术。以下参照所包含的附图和正 在进行的讨论来提供一个示例性环境和上下文。
示例性系统
图1 g可以在其中实现本发明所述技术的示例性环境100。在此实施过
6程中，环境100包括通信设备110，它具有一个或多个根据本发明M配置的滤
波器150。通信设备110在操作JJI51—个或多个网络140与多个其^1信设备 142进tfffi信。在典型的环境100中，通信设备110是手持设备，例如手机、个 人数字助理(PDA)、，定位系统(GPS)单^其他类似的手持设备，而举 例来说，其M信设备142会包^i十算机142A、另一外的手持设备142B、地 面通信站142C、车lfeil信设备142D (例如，，电、导航单元、电视等)和 AitOI星142E。当然，在另一个可供选择的实施3^呈中，通信设备110、 142 可以包括其他任何适当的设备，并理解多个通信设备142中的任何一个都M 备有根据本发明J^来操作的、搶波器150。
^ 、图1所示，通信设备110包括一个或多个鹏器112以及一个或多个 通过总线116耦合到系统存储器120的输Am出(I/O)元件114 (例如，键盘、 ,示、鄉器、接收器等)。在图1所示的实MM^呈中，溏波器150包含在通信 设备110的I/O元件114内。在另一个可供选择的实施过程中，可以使熗波器 150与设备110的其他{，适当的部，成，或者该滤波器150可以是设备110 的分离的、单独的元件。
通信设备110的系统总线116表示几种总线结构中的任何一种，包括存储 器总线或存储器控制器、外围总线、力卩速图形端口和j顿了多种总线结构中任 何一种的舰器斜地总线。可以将I/O元件114隨^^作上与一个或多个 外部网络140进纟彌信，例如蜂窝式电话网络、卫星网络、信息网络(例如， 因特网、内部网，蜂窝网、电缆网、光纤网、LAN、 WAN等)或其他樹可适当 的网络。
系统存储器120可以包括被S5S赫储用于卖现舰公开的脉的織禾n/ 顯歸模块的计對几可读介质，该数据禾n/鄉l^模块是可由鹏器112即时访
问和/或目前由，器112对其进行操作。執咏说，系统存储器120还可以存 储可由M器112访问的基本输A/输出系统(BIOS) 122、操作系统124、一个 或多个应用程序126以及禾I^数据128，用于执^:51信设备110的用户预期的各 种任务。
财卜，系统存储器120内所包含的计,可读媒^(media)可以是任何可为 设备110访问的有效媒介，包掛十穀几存储媒介和通儲某介。计算机存储器介 质可以包括以任何用于信息存储的方法或技术实现的易失和非易失、可移动和不可移动媒介，所述信息例如计對几可读指令、 结构、f辨模块或其他数
据。计算机存储器介质包括但不局限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程ROM (EEPROM)、闪存或其他存储器技术、致密 (compact)盘ROM (O>R0M)、数字化视频光盘(DVD)或其他光盘存储器、 磁带盒、磁带、aS存储器或其他磁存储器设备或其他任何媒介，包括寻呼机、 穿孔卡片等，它们可用来存储预期信息且可为通信设备110访问。
类似地，通信媒介一般包含计鄉可读指令、数据结构、辦模块或是调 制的 信号(例如载波或其他传懒几娜内的其他数据,而且包括任何信息传递 媒介。术语"调制的数据信号"指的是这样的信号，它具有一个或多，性集 合或以如此方式改变，，号内的信息。借助于实例但并非，限制，通信 媒^&括诸如有线网g接连线那样的有线媒介和诸如声波、RF、红外线和其 他无线媒介那样的无线媒介。以上任何组合还应该包含在计算机可读介质的范 围内。
通常，设备IOO (图l)上戶;fii行的禾歸模块可以包括例程、禾辨、对象、
元件、M结构等，其用于执^^定任务或执fi^定抽象f^，。这些禾ii^ 模块等可以作为:^几码(native code) 3!6t行或者可以像在jM机或其他准时制 (just-in-time)汇编运行环境中那样地下辦Q运行。通常，可以根据各种执行环境 内的需要 合或分布，模块的功能。
尽管，示例性环境100在图1中显示为通信网络，此实ltel呈意據仅可 作适当的环境的非限制性实例用，其用于根据本发明所述的滤波器150。對鹏， 通信设备110仅仅是适当的设备的一个非限制性实例，它可以实现根据本发明 戶，的滤波器150的实SfiHli。
示例性自校准滤波电路
现在将描述自校准搶波电路的结构和运行瞎况。，i凍说，图2是可以用 在图l的示例性环境100 (例如，滤波器150)内的示例性自校准滤波电路200。 ^tk实施3il呈中，电路200包括初级滤波部分210、校准反馈部分250和多个在 操作上与初级滤波和校准反馈部分210、 250 ,的可调整部分230。
图2的初级搶波部分210包括多个无源元件，在该实;&SMIi中，该无源元 《牛包括在操作上利用运算方文大器216配置的一对电阻元件212和一对电容元件 214。可以注意到，在此特定实施a^呈中，初级滤波部分210的结构通常被称为
8二阶巴特沃思(second"OrderButteiworth filter)滤波:i^l型o然而，在另一个可供选择的实^1^中，可以将初级滤波部分210被12§ 他任何类型的滤波器，辦!l来说，包括单阶或n阶巴怜沃思、搶波器、切比雪夫熗波器、贝赛尔滤波器、高斯、搶波器皿他招可适当的滤波^M。
依照图2所示，可调整部分230与初级搶波部分210中的每一个电容元件212并麟合。每一个可调整部分230包括多个可控段232。尽管图2中将可调整部分230描述g有三个可控段232,但是在另一个可供选择的实;6^1程中将理解，可调整部分230可以包括任何适当数量的(例如， 一个或多个)可控段232。财卜，可调整部分230不必具有相同数量的可控段232，而宁可是， 一个可调整部分230可以具有相比于另一 个更加多的可控段232。仍是在其他实皿程中，调整部分230可以与初级滤波部分210的其他元件(例如电阻元件212)
并麟合。
图3和4 ^:图2中可调整部分230的可控段232的实施过程的放大图。更具体地说，可控段232A (图3)包括一对开关234,其与电容器236串 合，同时可控段232B (图4)包括开关234,其与电織236串麟合。在某些实M31程中，可控段232会呈现出绝对的单调性(monotony)。
将 可以设想可控段232的附加实M程,包括使用了电阻元件、电感元件或其他樹可适当的可控元件的实施鄉呈。在另外的实施i^呈中，可控段232会包括一个或多个制加权元fKbinaiy weighted element)(例如，电阻器、电容器、电流源、热编码元件等)，其中可以经由输入it^控制一个或多个二进制加权元件的值。这种二进制加权元件的输入值可以根据自校准滤波电路的操作割牛(例如，斜牛、M负荷或其,当的^i牛)可变的控制。
再一次参照图2，可调整部分230与初级滤波部分210的电容器214 (或其他无源元件)并联耦合。通过驱动开关234，可控地调整可控段232来说明(account for)初级ii^波部分210的性能变化。在某些实施，中，只有电容元件214穀何调整部分230的影响，而且为了减少或最小化来自于开关234的可能的寄生，而旁路电阻元件212。在特定实施31l呈中，^容量(或额定条件)只会出现在可控段232的部倾关234 (例如，近似于一半)闭合时。因此，可以皿闭合或打开可控段232的开关234来实现根据额定容量对可调整部分230的调整。
9校准反馈部分250包括多个反相器252和电阻元件254，它们与初级滤波部分210的输出串联耦合。电容元件256与校准反馈部分250的其他元件252、254并,合，而另一个调整部分230与该电容元件256并自合。
将理解校准反馈250形成了次级滤波器，该次级滄波離收来自于初级滤波部分210的输出信号。反馈线258将校准反馈部分250的输出反馈到初级滤波部分210。在某些实施ai呈中，校准反馈部分250的截频近似等于初级反馈部分210的截频，以致于校准反馈部分250超自与初级反馈部分210匹配。然而，在另一个可供选择的实施过程中，校准反馈部分250会具有略高于初级反馈部分210的截频的截频。在某些实施^^呈中，无法切换的静态电容元ft^有利地具备伪(dummy)开关以提高初级反馈与校准反馈部分210、 250之间的匹配。
在非校准状态下，自校准滤波电路200会具有内在的固有频率(例如，1Mhz)。如mMil技术处理来改变电路200的任何参数，该电路200的频率响应就会改变，例如，通过下降到较低的频率(例如，900kHz)。在操作^f呈中，可以ilil驱动可控段232来可控地调整该调整部分230以获得预期的性肖封寺征(例如，lMhz的频率响应)。如果初级滤波部分210超lj了 (或预先超IJ)预期性能，可以去耦校准反馈部分250，或者阻ih^初级搶波部分210的其他影响。
在某些实^Hi中，鄉iJ来说，可以禾偶计^t几模拟研究予跌确定观察到的初级滤波部分210的性育鹏征与电路200的结构之间的相关性，该特性用来将性肖鹏征调整到预期(或目标)程度。另外可供选择地，可以实验式地、用分析法、以经验为主或利用其他招可适当的方、絲确定该相关性。
图5和6是利用传统模拟工具对图2的自校准滤波电路200进行建+I^确定的示例性相关数据300、 350的表格。假设电阻元4^t为13来产生图5的相关 300，同时假设值为0.7来产生图6的相关 350。图5和6的中间栏302、 352中的是截频，右栏304、 354中的是校准反馈部分250在"闭环"(closedcircle)或"校准器"操作模式下的振动频率。
对于图5和6中所示的示例性相織据300、 350而言，假设自校准熗波电路200的目标操作频率为700kHz，而电阻元件的电阻正负30%地变化。对于图5和6中所示的模拟而言，假设调整部分230的电容元件可在+/-四个线性步(linear鄉)中謝彌整。在操作中，基于电路200的实P示操作性能，可以利用相，据300、 350适当地调整该可调整部分230来获得预期的操作性能。皿调整电容元件来平衡右手栏304以实现调整，促使电路200的实际操作性能与预期的操作性能匹配。
已经描述了示例性环境100和示例性自校准滤波电路200，在以下部分将描述根据本发明所述用于自校准滤波电路的示例性处理。示例性处理
以下描述了示例性方法的特定实MMIg。然而应当理解，在另一个可供选
择的实施^l呈中，不必按照戶;M)i,来执行某一些操作，而可以修改禾n/或旨忽略掉某一些操作，这取决于周围环境。此外，在各种执行环境中，可由计算机、M器或其他计算设备根据一个或多个计算机可读介质上存储的指令来执行所描述的动作。计算机可读介质可以是可由计算机设备访问以执行其上存储的指令的招呵用媒介。
图7是，根据本发明另一个实M^fi^述自校准滤波皿理400的流程图。处理400被图解为逻辑鹏图形式的模块集合，它表示可以用硬件、软件
或其组合执行的操作序列。软件时，该模块表g十算机指令，当由一个或多个
M器运行时，执行所，作。为了讨论，参照示例性环境100中的元件和以上参照图1至4所描述的示例性电路200来描述处理400。
在此实施过程中，处理400包括在402利用^^波电路的初级滤波部分对输Aitfr滤波。在404,禾!j用校准反馈部絲检测(sense)初级滄波部分的输出，在406判断i^lf出是否是可接受的。辦崃说，在某些实MMI呈中，可以分析该瑜出来判断该输出是否为预期的操作值或在预期的操作范围内。
如果判断織出是可接受的(在406)，贝赃408舰400判断使校准反馈部分从初级滤波部分去耦是否合适。如果合适，就在410去耦校准反馈部分。然后处理400返回执行检测(在404)并重SJ^其他动作(在404408)。
然而，如果确定,出是不可接受的(在406)，那么在412， M400就反馈检测至啲输出以确定为把输出校正为预期{|^必需的调整。在414,处理400分析检测至啲输出并确定电路结构，要求该电路结构将输出调整到可接受的程度。 1涞说，在某些实施过程中，处理400会^ffl处理元件(例如，图1的处理器112)来判断要打开或闭合哪一个或多少个调整部分的开^根据需要调，出以获得可接受的输出。另夕卜可供选择地，其中设置了自校准滤波电路
的滤波器会具有，或可^f呈逻辑元件，它们在414执行分析和判断。
仍是在其他实施过程中，处理400会判断为提供可接受的输出所必需的自校准电路结构是否需要其他类型的调整(在414)。
咏说，分析和判断可以包括执行查表，访问模拟结果，访问用分析法、实验式地或以经验为主导出的信息，或其他任何适当确定为提供可接受的输出所必需的电路的必要调整的方法，。
在416中，鹏400对电路进行为提供可接受的输出所必需的调整。鄉ij来说，在某些实施过程中，该调整包括驱动该电路的可调整部分的一个或多个开关。在另一个可供选择的实;^1程中，可以进行其他类型的电路调整。
^iS行预期的调整之后，在418处理400判断滤波是否完成。如果没有，处理400京腿回检测(在404)，并重Ul^动作直至、搶波誠为止。当滄波完成时，处理400就在420结束或继续其 作。
根据本发明所述的技术实施^fi会提供,了先有技术的显著优势。，iJ来说，可以有利地校准这种实施过程而无需耗时的外部测定，而且无需外部自治的難元件。作为劍戈地，初级滤波部分^^测量和校准环路的一部分。还适当地考虑到寄生效应以及延迟和运算放大皿频，例如，该寄生效应是会根据电阻元件的组合(例如，底层)改变的电阻元件电容。
结论
尽管以具体到结构特征和/或方法操作的语言描述了主题，但是要理解在附加的权利要求中所限定的主l^必受到所述具体特征，作的限定。而宁可是，公开该具体特征和操作来作为权利要求的雌实駄式。因此，本发明的范围不应数lj上述具体实Mai呈的公开内容柳艮制。而作为替代地，应当完全参考以下的权利要求来确定本发明。
权利要求
1、一种滤波电路，包括初级滤波部分，具有至少一个无源元件且被配置成接收输入和提供滤波输出；校准反馈部分，耦合以接收所述滤波输出和为所述初级滤波部分提供反馈；以及可调整部分，具有至少一个可控段，所述可控段与所述初级滤波部分的至少一个无源元件并联耦合，根据来自于所述校准反馈部分的反馈来调整所述可控段以提供来自于所述初级滤波部分的调整的滤波输出。
2、 如权利要求1所述的滤波电路，其中所述至少一U源元件包括电容元 件，其中所述初级滤波部分还包括在操作上利用所述电容元件来配置的至少一 个电阻元件和至少一个运算放大器。
3、 如权利要求2所述的滤波电路,其中顿作上利用所述电容元件将所述至少一个电阻元件和所魅少一个运算放大器隨成巴特沃思'搶波器。
4、 如权利要求1所述的滤波电路，其中所述至少一个可调整部，括多个 与所述无源元件并,合的可控段。
5、 如权利要求4所述的滤波电路，其中所述多个可控段中的每一个都包括 电容器和可控开关。
6、 如权利要求1所述的滤波电路，其中所述校准反馈部分包括至少一， 合以接收所述滤波输出的放大器元件、与至少一个放大器元件串联耦合的电阻 元件、与所述电阻元件并联耦合的电容元件，以及与所述电容元件并联耦合的 第二调整分。
7、 如权利要求6所述的滤波电路，其中所述第二调整部，括多个与所述 电容元件并联耦合的可控段，所述多个可控段中的每一个都包括电容器和可控 开关。
8、 一种电子设备，包括 舰器；通信元件，在操作上耦合至所述处理器且被配置成接收输入信号和发送输 出信号；以及滤波电路，耦合至所m信元件且被配置自所述输入信号和输出信号中至少一个执fiil期^^波，所述^^波电,括初级滤波部分，具有至少一个无源元件且被配置成接收输入和提供滤波输出；校准反馈部分，耦合以接收所述滤波输出和为所述初级滤波部分提供反馈;以及可调整部分，具有至少一个可控段，其与所述初级滤波部分的至少一个无 源元件并联耦合，根据来自于所述校准反馈部分的反馈来可控地调整所述可控 段。
9、 如权利要求8所述的电子设备，其中所述至少一^源元件包括电容元 件，其中所述初级滤波部分还包括在操作上利用所述电容元件来配置的至少一 个电阻元件和至少一个运算放大器。
10、 如权利要求8所述的电子设备，其中所述至少一个可调整部分包括多个与所述无源元件并，合的可控段。
11、 如权利要求8所述的电子设备，其中所述处理器根据反馈顿作上控 制所述可调整部分的可控段。
12、 如权利要求8所述的电子设备，其中所述校准反馈部^括至少一个 校准元件和第二调整部分，所述第二调整部分具有与所述校准元件并联耦合的 第二可控段。
13、 如权利要求12所述的电子设备，其中由所述M器可控地调^^f述校 准反馈部分的第二可控段以在所述初级滤波部分与校准反馈部分之间提供匹 配。
14、 一种方法，包括接收信号给滄波电路的初级滤波部分； 利用所述初级滤波部分对所述信号进fii^波； 接 自于所述初级滤波部分的搶波输出给次级滤波部分； 判断所述搶波输出是否满足验收标准； 如果所述滤波输出不满足所述验收标准，贝lj: 分析所述it波输出以确定相关调整； 为所述相关调整的初级滤波部分特征提供反馈；以及根据所述反馈调整所述初级滤波部分的至少一部M至少部分地提高所述 i^波输出的可接受性。
15、 如权利要求14所述的方法，其中调^^f述初级、搶波部分的至少一部分 包括调整与所述初级滤波部分的无源元件并联耦合的可调整部分，所述无源元 #^括电容元件和电阻元件中的至少一个。
16、 如权利要求15戶腐的方法，其中调整可调整部他括调整与所述无源元件并联耦合的多个可控段中的至少一个，所述多个可控段中的每一个包括电 繊呵控开关n
17、 如权利要求14所述的方法，还包括放大来自于所述初级滤波部分的滤 波输出。
18、 如权利要求14所述的方法，还包括以调整所述校准反馈部分的至少一 部分为基础，高所述校准反馈部分与初级反馈部分之间的匹配。
19、 如权利要求14所述的方法，其中分析所述搶波输出以确定相关调鹏 括对相关娜的表微行録以确定所述相关调整。
20、 如权利要求14所述的方法，其中接收信号给初级滤波部，括接收信 号给被配置成巴特沃思滤波器的初级滤波部分。
全文摘要
本发明涉及自校准滤波器，在此公开了具有反馈的自校准滤波电路技术。
文档编号H03H11/04GK101478299SQ200810177828
公开日2009年7月8日 申请日期2008年8月22日 优先权日2007年8月23日
发明者V·克里斯特 申请人:英飞凌科技股份有限公司