一种N通道滤波器的制作方法

本发明涉及带通滤波器技术领域，尤其涉及一种N通道滤波器。

背景技术：

为满足各种不同需求，人们一直在追求能适用多种通信标准的多功能低成本低功耗的多模多频接收机。多模多频接收机的前端通常需要设置滤波器，这是由于，一方面，一个有用的弱信号往往伴随有一个较强的带外干扰信号，如果接收机前端没有带通滤波器,干扰信号不仅直接使滤波器饱和，而且还会在直流信号附近产生二阶失真影响带内信号的信噪比，因此，需要滤波器对干扰信号进行有效抑制；另一方面，为了满足多模多频接收机的接收功能，多模多频移动通信系统前端仍须提供足够的频率选择性，以实现中心频率、带宽、增益等随接收模式的不同而准确调谐的性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种N通道滤波器，具有零点抑制、高增益、中心频率调谐范围宽、环境适应能力强的技术效果。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种N通道滤波器，包括零点抑制电路、跨导放大器Gm、第一开关电容电路以及第二开关电容电路；

所述跨导放大器Gm的输入端与所述零点抑制电路的一端连接，所述零点抑制电路的另一端与所述跨导放大器Gm的输出端连接，所述第一开关电容电路与所述跨导放大器Gm的输入端连接，所述第二开关电容电路与所述跨导放大器Gm的输出端连接；所述第一开关电容电路以及所述第二开关电容电路用于N通道滤波；所述跨导放大器Gm用于为所述N通道滤波器提供回路增益；所述零点抑制电路用于抑制所述N通道滤波器的传输零点。

本发明的有益效果是：第一开关电容电路以及第二开关电容电路用于实现N通道滤波的功能，跨导放大器提高了N通道滤波器的回路增益，零点抑制电路抑制N通道滤波器的传输零点。本发明在同一个电路结构中同时采用了零点抑制技术和增益提高技术，使得N通道滤波器抑制干扰的能力大大增强，整体性能得到了改善，同时电路结构简单，易于实现。

进一步：所述零点抑制电路包括反馈电感L1、耦合电容C1、电感L2以及电感L3；

所述反馈电感L1的一端连接所述电感L2的一端后作为所述N通道滤波器的输入端，所述反馈电感L1的另一端连接所述电感L3的一端后作为所述N通道滤波器的输出端；所述电感L2的另一端与所述跨导放大器Gm的输入端连接，所述电感L3的另一端与所述跨导放大器Gm的输出端连接，所述跨导放大器Gm的输入端通过所述耦合电容C1与所述跨导放大器Gm的输出端连接。

上述进一步方案的有益效果是：反馈电感L1在N通道滤波器的通带附近创建传输零点，反馈电感L1与电感L2、电感L3和耦合电容C1的并联结构改变传输零点的位置，实现零点抑制，提高了N通道滤波器的阻带抑制；其中电感L2和电感L3还能减弱电路的噪声，使得电路的噪声系数得到改善；跨导放大器Gm提供回路增益、减小物理电容，从而使得通带的增益得以提高；两个开关电容电路用于实现N通道滤波功能，且滤波频率可调谐，使得N通道滤波器具有中心频率自由可调的性能。

进一步：所述跨导放大器包括P沟道的场效应管gmp、N沟道的场效应管gmn以及电阻RF，所述场效应管gmp的栅极与场效应管gmn的栅极连接，所述场效应管gmp的漏极与场效应管gmn的漏极连接，所述场效应管gmp的源极接电源，所述场效应管gmn的源极接地，所述电阻RF连接于所述场效应管gmp的栅极与漏极之间，所述电阻RF还与所述耦合电容C1并联。

上述进一步方案的有益效果是：跨导放大器Gm接入回路中为电路提供了回路增益，使得输出增益提高，从而减小了基带电容值，使得电路面积得以减小。

进一步：所述电阻RF的阻值为500Ω，所述场效应管gmp的宽长比为1200um/200nm，所述场效应管gmn的宽长比为600um/200nm。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置电阻RF的阻值、场效应管gmp的宽长比以及场效应管gmn的宽长比，设置了合适的跨导值，使得电路在稳定、低噪声系数的前提下提高增益。

进一步：所述第一开关电容电路包括至少两个开关电容Ci以及至少两个开关场效应管Si，所述开关电容Ci与所述开关场效应管Si数量相等且一一对应，每一所述开关场效应管Si的源极均通过对应的开关电容Ci接地，所有所述开关场效应管Si的栅极均与第一时钟发生器连接，所有所述开关场效应管Si的漏极均与所述跨导放大器Gm的输入端连接。

上述进一步方案的有益效果是：时钟发生器产生时钟信号，在时钟信号的作用下，多个开关场效应管Si轮流导通并对每一通路的进行取样积分，最终实现带通滤波的效果，N通路开关电容电路还具有中心频率自由可调谐的特性。

进一步：所述第二开关电容电路包括至少两个开关电容Cj以及至少两个开关场效应管Sj，所述开关电容Cj与所述开关场效应管Sj数量相等且一一对应，每一所述开关场效应管Sj的源极均通过对应的开关电容Cj接地，所有所述开关场效应管Sj的栅极均与第二时钟发生器连接，所有所述开关场效应管Sj的漏极均与所述跨导放大器Gm的输出端连接。

上述进一步方案的有益效果是：第二开关电容电路与第一开关电容电路的结构相同，技术效果也相同。

进一步：所述N通道滤波器还包括输入电阻RS，所述N通道滤波器的输入端通过输入电阻RS与待滤波的信号源连接。

上述进一步方案的有益效果是：输入电阻RS将待滤波的信号源转换为电压信号输入。

进一步：所述N通道滤波器还包括负载电阻RL，所述N通道滤波器的输出端通过负载电阻RL接地。

上述进一步方案的有益效果是：所述负载电阻RL将滤波后的电信号转换成电压信号输出。

附图说明

图1为本发明提供的一种N通道滤波器的工作原理图；

图2为本发明提供的一种N通道滤波器的电路结构示意图；

图3为本发明提供的一种N通道滤波器的跨导放大器的电路图；

图4为本发明提供的一种N通道滤波器的开关电容电路的电路图；

图5为本发明提供的一种N通道滤波器的输入电阻以及负载电阻的电路图；

图6为本发明提供的一种N通道滤波器的频率特性曲线图；

图7为本发明提供的一种N通道滤波器的中心频率可调谐特性图；

图8为本发明提供的一种N通道滤波器的噪声系数仿真结果图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

11、第一开关电容电路，12、第二开关电容电路，21、第一时钟发生器，22、第二时钟发生器,3、零点抑制电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下面结合附图，对本发明进行说明。

如图1所示，本发明提供一种N通道滤波器(以下简称滤波器)，包括零点抑制电路3、跨导放大器Gm、第一开关电容电路11以及第二开关电容电路12；

所述跨导放大器Gm的输入端与所述零点抑制电路3的一端连接，所述零点抑制电路3的另一端与所述跨导放大器Gm的输出端连接，所述第一开关电容电路11与所述跨导放大器Gm的输入端连接，所述第二开关电容电路12与所述跨导放大器Gm的输出端连接；所述第一开关电容电路11以及所述第二开关电容电路12用于N通道滤波；所述跨导放大器Gm用于为所述N通道滤波器提供回路增益；所述零点抑制电路3用于抑制所述N通道滤波器的传输零点。

本发明实施例通过第一开关电容电路以及第二开关电容电路实现N通道滤波的功能，通过零点抑制电路3实现抑制滤波器传输零点的功能，通过跨导放大器Gm实现提高滤波器增益的功能，在同一个电路结构中同时采用了零点抑制技术和增益提高技术，使得滤波器抑制干扰的能力大大增强，整体性能得到了改善，同时电路结构简单，易于实现。

优选的，如图2所示，所述零点抑制电路包括反馈电感L1、耦合电容C1、电感L2以及电感L3；

所述反馈电感L1的一端连接所述电感L2的一端后作为所述N通道滤波器的输入端，所述反馈电感L1的另一端连接所述电感L3的一端后作为所述N通道滤波器的输出端；所述电感L2的另一端与所述跨导放大器Gm的输入端连接，所述电感L3的另一端与所述跨导放大器Gm的输出端连接，所述跨导放大器Gm的输入端通过所述耦合电容C1与所述跨导放大器Gm的输出端连接。

本发明实施例通过在滤波器的输入端与输出端之间接入反馈电感L1，实现在滤波器的通带附近创建传输零点，反馈电感L1与耦合电容C1并联改变传输零点的位置，抑制传输零点，进而抑制强干扰信号；同时通过接入电感L1、L2，减弱电路噪声。现有技术采用反馈电容作为反馈器件来提高滤波器的阻带抑制，但电路没有采取噪声消除措施，使得滤波器的噪声性能不够好，也无法实现零点抑制以及增益提高的性能。本发明构建电感L1、电感L2以及耦合电容C1与反馈电感L1的并联结构，不仅可以提高阻带抑制，还减弱了电路噪声。本发明的优势在于在同一个电路结构中同时采用了零点抑制技术和增益提高技术，使得抑制干扰的能力大大增强，使得滤波器的整体性能得到了改善，同时电路结构简单，易于实现。

如图3所示，优选的，所述跨导放大器Gm包括P沟道的场效应管gmp、N沟道的场效应管gmn以及电阻RF，所述场效应管gmp的栅极与场效应管gmn的栅极连接，所述场效应管gmp的漏极与场效应管gmn的漏极连接，所述场效应管gmp的源极接电源，所述场效应管gmn的源极接地，所述电阻RF连接于所述场效应管gmp的栅极与漏极之间，所述电阻RF还与所述耦合电容C1并联。跨导放大器Gm为滤波器提供了回路增益，使得输出增益提高，从而减小了基带电容值，使得电路面积得以减小。

优选的，所述电阻RF的阻值为500Ω，所述场效应管gmp的宽长比为1200um/200nm，所述场效应管gmn的宽长比为600um/200nm。

跨导放大器Gm用于提高滤波器的增益，增益的大小与跨导放大器Gm的跨导值成正比，因此加大跨导放大器Gm的跨导值即可提高滤波器的增益。但是，增大跨导放大器Gm的跨导值会引起滤波器功耗增加，因此选取合适的跨导值很重要。本实施例提供的跨导放大器Gm的跨导值与电阻RF的阻值、场效应管gmp的宽长比以及场效应管gmn的宽长比相关，本实施例选取合适阻值的电阻RF、合适宽长比的场效应管gmp以及场效应管gmn，从而可以进一步的获取合适的跨导值。

N通道滤波器的增益等于滤波器的输出电压和输入电压之间的比值。本实施例提供的滤波器的的输入端通过输入电阻RS与待滤波的信号源连接，滤波器的输出端通过负载电阻RL接地，本实施例提供的滤波器的增益表达式为：

式中，V_out为滤波器的输出电压，V_in为滤波器的输入电压，g_m是跨导放大器Gm的跨导值，R_L为滤波器的负载电阻的阻值，Rs为滤波器的输入电阻的阻值，R_SW表示开关电容电路的等效电阻，R表示反馈电感L1、电感L2以及电感L3的寄生电阻。

由上式可知，可以通过增加跨导值g_m或者负载电阻的阻值R_L来提高滤波器的增益A_v。若提高跨导放大器Gm的跨导值g_m，会增加滤波器的功耗。若提高负载电阻阻值R_L，负载电阻上的直流压降会增大，减小输出电压摆幅，使得整个电路不稳定，影响电路的稳定性。因此本发明通过设置负载电阻RF的阻值、场效应管gmp以及场效应管gmn的宽长比，设置了合适的跨导值g_m，使得电路在稳定、低噪声系数的前提下提高增益。

如图4所示，优选的，所述第一开关电容电路11包括至少两个开关电容Ci以及至少两个开关场效应管Si。所述开关电容Ci与所述开关场效应管Si均为m个且一一对应，m≥2。m个所述开关电容分别为Ci1、Ci2…Cim，m个所述开关场效应管分别为Si1、Si2…Sim。每一所述开关场效应管的源极均通过对应的开关电容接地，所有所述开关场效应管的栅极均与第一时钟发生器21连接，所有所述开关场效应管的漏极均与所述跨导放大器Gm的输入端连接。

每一个开关场效应管与对应的开关电容组成一条通道。第一时钟发生器21产生时钟信号，第一时钟发生器21采用现有技术中时钟发生器即可。第一开关电容电路11在时钟信号的作用下，多个开关场效应管Si轮流导通，并对相应的通道的输入信号进行取样积分，实现输出信号带通滤波的效果，同时开关电容电路还具有频率可调的性能。优选的，开关场效应管Si的宽长比为80um/600nm。

如图4所示，优选的，所述第二开关电容电路12包括至少两个开关电容Cj以及至少两个开关场效应管Sj。所述开关电容Cj与所述开关场效应管Sj均为n个且一一对应，n≥2。n个所述开关电容包括Cj1、Cj2…Cjn，n个所述开关场效应管包括Sj1、Sj2…Sjn。所有所述开关场效应管Sj的栅极均与第二时钟发生器22连接，所有所述开关场效应管Sj的漏极均与所述跨导放大器Gm的输出端连接。

每一个开关场效应管Sj与对应的开关电容Cj组成一条通道。第二时钟发生器22产生时钟信号，第二时钟发生器22采用现有技术中时钟发生器即可。第二开关电容电路12在时钟信号的作用下，多个开关场效应管Sj轮流导通，对相应的通道的输出信号进行取样积分，实现输出信号带通滤波的效果，同时开关电容电路还具有频率可调的性能。优选的，开关场效应管Sj的宽长比为80um/600nm。

优选的，第一时钟发生器21与第二时钟发生器22为同一个时钟发生器；或者，第一时钟发生器21与第二时钟发生器22的时钟信号的频率相同。

如图5所示，优选的，所述N通道滤波器还包括输入电阻RS，所述N通道滤波器的输入端通过输入电阻RS与待滤波的信号源VIN连接。输入电阻RS将待滤波的信号源VIN转换为电压信号输入。

如图5所示，优选的，所述N通道滤波器还包括负载电阻RL，所述N通道滤波器的输出端通过负载电阻RL接地。负载电阻RL用来提供输出增益所需的负载，还能起到将输出电信号转化为电压信号输出的作用，为后级电路匹配提供相应阻抗。

本发明提供的N通道滤波器的输出电压传输函数为：

公式中，ω为滤波器的中心频率，Rs为输入电阻RS的阻值，C_i为开关电容Ci的容值，C_j为开关电容Cj的容值，N为通道数。

其通带宽度为：

品质因数为：

其中是C_n基带电容，A_v是滤波器增益。

N通道滤波器即多通道滤波器，以N＝8为例进行仿真实验，图6、7、8示出仿真结果。图6示出了本发明提供的一种N通道滤波器的频率特性图，图6中横轴表示输入频率，竖轴表示增益。表示图7示出了本发明提供的一种N通道滤波器的中心频率可调谐特性图，图7中横轴表示输入频率，竖轴表示增益，图7中示出了五个不同的中心频率。图8示出了本发明提供的一种N通道滤波器的噪声系数仿真结果图，图8中横轴表示输入频率，竖轴表示噪声系数。从图6、图7、图8可以看出，本发明提供的N通道滤波器具有增益高、中心频率可调谐、噪声低的技术效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。