一种滤波器带宽校准电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种滤波器带宽校准电路。技术方案包括振荡器，计数器，差值比较器，寄存器，分频器，最小误差存储模块以及二进制搜索算法模块。其中二进制搜索算法模块生成频率控制码，并输出至振荡器和最小误差存储模块，振荡器产生相对应的振荡信号，并输出至计数器，最小误差存储模块对频率控制码进行存储。计数器计数振荡器产生的振荡信号上升沿的个数，并将计算结果输出至差值比较器。差值比较器将比较得到的误差绝对值输出至最小误差存储模块，将误差符号输出至二进制搜索算法模块。最小误差存储模块存储误差绝对值。本发明相对于现有的带宽校准电路设计的滤波器，所需的电容或者电阻个数会大大的降低，节省了面积，降低了设计复杂度。
【专利说明】一种滤波器带宽校准电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频集成电路领域，具体的说是一种可以使滤波器在较小面积和较低复杂度的情况下具有宽的连续可调带宽范围和高带宽频率精度的带宽校准电路。
【背景技术】
[0002]在宽带通信系统中，尤其是兼容多标准的通信系统中，具有宽的可调带宽范围的滤波器是一个非常关键的模块，合适的带宽可以有效的滤除带外干扰和噪声，提高信噪比，同时也会显著的提高后级可编程增益放大器的带外线性性能，提高系统的线性度。偏高的滤波器带宽会恶化系统的噪声性能，甚至还会恶化线性性能；偏低的滤波器带宽会滤除掉一部分有用信号，增大系统的误码率。因此如何保证滤波器可以在不同的标准和通信条件下提供合适的通道带宽具有十分重要的意义。
[0003]此外，多标准的通信系统还对滤波器的带宽范围提出了严格的要求，不同的标准对滤波器提出的带宽要求具有很大的差异，甚至即使是同一标准，由于通信内容或者机制的不同，也要求滤波器能够提供很宽的带宽范围。因此，具有宽的可调带宽范围的滤波器是多标准宽带通信系统中不可或缺的一个元件。
[0004]带宽频率精确度也是衡量滤波器性能的一个非常重要的指标，由于受工艺偏差和环境温度的影响，滤波器的带宽总会或多或少的偏离预先设定的值，这样就会造成带宽频率精确度的降低，导致系统信噪比下降或者误码率上升。严重时带宽偏差甚至可以达到25%以上。因此在滤波器的设计中，必须具备带宽校准电路。
[0005]现有的带宽校准电路都是通过单独校准滤波器中的电阻或者电容阵列来实现滤波器电路中某一带宽频点的高精度，以一阶有源低通滤波器的电阻校准为例来说明，如图1所示，其公开于 2010 年“IEEE J.Solid-State Circuits” 期刊 vol.45, n0.2, pp.344-345。其包括滤波器电路100和带宽校准电路200，其中滤波器电路100包括用以校准滤波器带宽精度的电阻阵列110，用以改变滤波器增益的电阻阵列120，用以调节滤波器带宽的电容阵列130以及一个运算放大器140 ;带宽校准电路200包括由固定电容210，第一电流源270以及由时钟控制的开关280和290组成的开关电容电路，由电阻阵列220以及第二电流源260组成的分压电路，一个比较器230，一个二进制搜索算法模块240。开关电容电路和分压电路的输出经过比较器230输出相应的比较结果，在时钟信号的控制下，经过二进制搜索算法模块240的处理，最终输出稳定的频率控制码来使滤波器100达到相应的带宽精度。对于电容校准的情况，与图1所列示例相似，在此不再赘述。
[0006]如图1所示，现有的带宽校准电路仅仅是用来补偿由于工艺偏差和环境温度的改变所造成的滤波器带宽的偏差，这种带宽校准电路必然导致在滤波器的设计过程中电容和电阻两者之间只能有一个可以用来调节滤波器的带宽，而另一个必须用来校准带宽偏差，这种带宽校准电路直接导致了对于带宽调节自由度的浪费，对于低阶滤波器或者带宽频点数较少的滤波器来说，这种方法无疑是可以接受的，但是对于高阶的、需要宽范围调谐的滤波器来说，现有的带宽校准电路必然会给滤波器带来面积和复杂度的迅速增大及提升，这是因为在滤波器的设计中每增加一个带宽频点，就必然要在每一个电容或者电阻网络中加入一个相应的电容或者电阻元件。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是:针对现有的带宽校准电路存在的不足，提出一种新的滤波器带宽校准电路，其可以增加滤波器中调节带宽的自由度，能够在较小的面积和较低的复杂度条件下，设计出具有宽的带宽调谐范围和高的带宽精度的滤波器，可以直接应用于兼容多标准的宽带通信系统中。
[0008]本发明的技术方案是:一种滤波器带宽校准电路，包括一个振荡器，一个计数器，一个差值比较器，一个寄存器，一个分频器，一个最小误差存储模块以及一个二进制搜索算法模块。其中二进制搜索算法模块生成频率控制码，并将频率控制码输出至振荡器和最小误差存储模块，振荡器产生与频率控制码相对应的振荡信号，并输出至计数器，最小误差存储模块对频率控制码进行存储。外部电路产生的时钟信号输入至分频器，分频器将分频后的时钟信号输出至计数器。计数器在接收到的分频后的时钟信号为高电平时，计数振荡器产生的振荡信号上升沿的个数，并将计算结果输出至差值比较器。差值比较器将接收的计数结果与来自于寄存器的参考数值进行比较，并将比较得到的误差绝对值输出至最小误差存储模块，将比较得到的误差符号输出至二进制搜索算法模块。最小误差存储模块存储误差绝对值。二进制搜索算法模块根据接收的误差符号选择相应的频率控制码输出至振荡器。
[0009]本发明的有益效果是:本发明中的带宽校准电路通过在滤波器中搜索合适的带宽点来实现高的带宽精度，而不是通过校准滤波器中电阻或者电容阵列的值来保证滤波器的带宽精度，增加了滤波器调节带宽的自由度，即滤波器中的电容和电阻元件都用来调节滤波器的带宽，在设计宽的可调带宽范围滤波器时，相较于现有的带宽校准电路设计的滤波器，所需的电容或者电阻个数会大大的降低，节省了面积，降低了设计复杂度。
[0010]为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明和附图，然而所附图仅提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1图解说明现有带宽校准电路的结构原理图；
[0012]图2图解说明本发明带宽校准电路的结构原理图；
[0013]图3图解说明带宽校准电路中振荡器的一个实施例；
[0014]图4图解说明本发明带宽校准电路的一个搜索过程示例。
【具体实施方式】
[0015]请参照图2，其所示为本发明带宽校准电路300的结构原理图，包括一个振荡器310, —个计数器320, —个差值比较器330, —个寄存器340, —个分频器350, —个最小误差存储模块360以及一个二进制搜索算法模块370。最小误差存储模块360采用寄存器和相应的控制电路实现。带宽校准电路300上电后二进制搜索算法模块370输出全零比特位频率控制码，并控制振荡器310输出相应的振荡频率(该频率与振荡器310内部的电容阵列或者电阻阵列的取值有关，其受频率控制码控制，并与滤波器中的电容阵列与电阻阵列具有相同的结构，关于振荡器的具体实施例可见下文)，然后送往计数器320，当经过分频器350分频的时钟信号为高电平时，计数器320计数振荡器310振荡信号的上升沿个数Neal,并通过差值比较器330与预先存储于寄存器340的参考数值Ndes进行比较，输出结果分别记为误差绝对值e= I Ncal-Ndes I ,误差符号包括第一误差符号Equ和第二误差符号Sign,第一误差符号Equ表示误差绝对值为零，第二误差符号Sign表示误差绝对值不为零。若输出第二误差符号Sign时，二进制算法模块370根据第二误差符号Sign的正负进行搜索过程，即修改频率控制码(若第二误差符号Sign为正，即Neal>Ndes，二进制算法模块将下一次输出的频率控制码增大；若第二误差符号Sign为负，即NMl〈Ndes，二进制算法模块将下一次输出的频率控制码减小)，将修改后的频率控制码输出至振荡器310，以调节其振荡频率。最小误差存储模块360存储每次搜索过程中的误差绝对值e及与其相对应的频率控制码，并将其与下次搜索过程记录的误差绝对值进行比较，保留较小的误差绝对值和相应的频率控制码。当搜索过程结束后，最小误差存储模块360会将其内部存储的最终的频率控制码输出至滤波器。若输出第一误差符号Equ，则二进制搜索算法模块370会停止搜索并输出相应的频率控制码至滤波器。
[0016]带宽校准电路300中的时钟信号来自于外部的时钟控制电路，滤波器中的每个带宽频点都有与之相对应的一个时钟信号，当滤波器需要某一个带宽频率时，只需设定一个与之相对应的时钟信号。分频器对时钟信号进行分频后，使得输出到计数器的信号周期能够控制计算器的计数时间足够长，满足预定的要求即可。
[0017]请参考图3，其所示为带宽校准电路300中振荡器310的一个实施例，包括2个运算放大器模块30和31，2个电阻阵列32和34以及2个电容阵列33和35。其中，电阻阵列32和34具有相同的电路结构和电阻值，电容阵列33和35具有相同的电路结构和电容值，且电阻阵列32和34与滤波器中的电阻阵列具有相同的电路结构，电容阵列33和35与滤波器中的电容阵列具有相同的电路结构。振荡器310的振荡频率为1/2 RC，其中R代表电阻阵列32或34的阻值，C代表电容阵列33或35的容值。滤波器中的每一个可以实现的带宽都对应着振荡器310的一个 振荡频率，如果想获取滤波器中某一带宽，只需要通过设定与振荡器310的某一相应的振荡频率相等的时钟信号，经过带宽校准电路的搜索即可实现。
[0018]请参考图4其所示为采用本发明带宽校准方法的一个搜索过程示例，为简单起见，假设在一定的带宽范围内，滤波器可以提供8个带宽点，并以3比特频率控制码进行编码，每个编码对应一个带宽点，带宽点的频率间隔为△￡，如果此时的滤波器需要的带宽点为fD，利用本发明中的带宽校准电路，可通过如下方式搜索到最接近fD的带宽值:首先根据带宽点fD设置适当的时钟信号，接着带宽校准电路300上电后，二进制搜索算法模块输出的频率控制码的值为000，该频率控制码输出至振荡器310后，使振荡器310输出一个与之相对应的振荡频率，计数器320对该振荡频率进行计数后，输出计数结果与存储于寄存器340中的参考数值(该数值与期望的带宽相对应)经过差值比较器330输出相应的误差绝对值和误差符号，最小误差存储模块360记录下频率控制码的值000及差值比较器330输出的误差绝对值，然后二进制搜索算法模块370根据差值比较器330输出误差的符号产生新的频率控制码的值(即100)来调整振荡器310的振荡频率，按照前面所述的过程，循环工作直到整个搜索过程结束。本实施例中，最后存储于最小误差存储模块360的频率控制码值为100，整个搜索过程中频率控制码值的变化过程为000 — 100 — 010 — 011 — 100，图4的虚线表示该变化过程。
[0019]综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种滤波器带宽校准电路，包括二进制搜索算法模块，其特征在于，还包括一个振荡器，一个计数器，一个差值比较器，一个寄存器，一个分频器，一个最小误差存储模块；其中二进制搜索算法模块生成频率控制码，并将频率控制码输出至振荡器和最小误差存储模块，振荡器产生与频率控制码相对应的振荡信号，并输出至计数器，最小误差存储模块对频率控制码进行存储；外部电路产生的时钟信号输入至分频器，分频器将分频后的时钟信号输出至计数器；计数器在接收到的分频后的时钟信号为高电平时，计数振荡器产生的振荡信号上升沿的个数，并将计算结果输出至差值比较器；差值比较器将接收的计数结果与来自于寄存器的参考数值进行比较，并将比较得到的误差绝对值输出至最小误差存储模块，将比较得到的误差符号输出至二进制搜索算法模块；最小误差存储模块存储误差绝对值；二进制搜索算法模块根据接收的误差符号选择相应的频率控制码输出至振荡器。
【文档编号】H03L1/00GK103716040SQ201410024682
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月19日 优先权日:2014年1月19日
【发明者】李建成, 李松亭, 谷晓忱, 王宏义, 颜盾, 黄冲 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学, 湖南晟芯源微电子科技有限公司