本发明总体上涉及可调带通滤波器，更具体地涉及在单芯片上具有全部调谐组件的单芯片可调带通滤波器。
背景技术：
带通滤波器在各种信号处理应用中具有广泛的用途。可调带通滤波器是具有可调中心频率的滤波器，可以通过调节各种调谐组件(例如，电阻器和电容器)来选择那些滤波器。在一些应用中，在集成电路上形成有源带通滤波器，然而，一些或全部调谐组件位于芯片外是很常见的。可以理解，芯片外调谐组件通常会增加可调带通滤波器的物理尺寸，并且可能会降低较高频率时的性能。
因此，期望提供一种可调带通滤波器，其具有与带通滤波器电路一起位于单芯片上的全部调谐组件。另外，期望提供一种可在宽频率范围内进行数字调谐的可调带通滤波器。此外，通过本发明的后续具体实施例和所附权利要求，结合本发明附图和背景技术，本发明的其他期望的特性和特征将变得显而易见。
技术实现要素：
本发明提供了一种单芯片可调带通滤波器，其具有在单芯片上形成的带通滤波器电路，该带通滤波器电路具有形成在单芯片上的带通滤波器电路的全部调谐组件，以给可调带通滤波器提供编程中心频率。带通滤波器电路可以包括但不限于多个串联耦合的单级双二阶滤波器电路，以提供三阶或五阶滤波器。带通滤波器耦合到在单芯片上形成的输入，并配置为向在单芯片上形成的输出提供带通滤波输出信号。带通滤波输出可以由形成在单芯片上的输出缓冲器提供。单芯片至少包含一个调谐输入，用于接收数据以调谐全部调谐组件。调谐数据可以在串行编程接口中被接收并存储在形成在单芯片上的数据寄存器中。数据寄存器向全部调谐组件提供控制位，该调谐组件包括但不限于响应于控制位的可编程电阻器，以改变可编程电阻器，从而改变编程中心频率。全部调谐组件还可以包括但不限于电压可变电容器，该电压可变电容器响应于单芯片上的电压输入来调整编程中心频率。
本发明提供了用于对单芯片可调带通滤波器的中心频率进行编程的方法，该单芯片可调带通滤波器具有位于单芯片上的全部调谐组件。该方法包括接收调谐数据并将调谐数据存储在数据寄存器中。来自数据寄存器的控制位提供给调谐组件，包括但不限于可编程电阻器，该可编程电阻器响应于控制位以改变可编程电阻器的电阻值以编程中心频率。
附图说明
在下文中将结合以下附图来描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，
图1是根据本公开的示例性实施例的单芯片可调带通滤波器的框图；
图2是根据本公开的示例性实施例的单芯片可调带通滤波器的框图；
图3是用于图1或图2的单芯片可调带通滤波器的三阶带通滤波器电路的框图；
图4是用于图1或图2的单芯片可调带通滤波器的五阶带通滤波器电路的框图；
图5是图3或图4的单级差分双二阶滤波器的示意图；
图6是图5的可编程电阻器电路的示意图；
图7是图5的电压可变电阻器的示意图；
图8是图1或图2的输出缓冲器的示意图；以及
图9是示出图1或图2的单芯片可调带通滤波器的中心频率的可编程频率范围的实际测量的图表，其以图3的三阶滤波器电路实现。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本发明或本发明的应用和用途。此外，不意受缚于前述背景或以下详细描述中提出的任何理论。
图1示出了根据示例性实施例的单片(单芯片)可调有源带通滤波器100。本公开的可调有源带通滤波器100包括驻留在单芯片滤波器模102上的全部调谐组件。如本文所使用的短语“全部调谐组件”是指驻留在与带通滤波器电路相同的滤波器模上的全部调谐组件(例如，电阻器和电容器)，并且没有调谐组件位于滤波器模102的外部(或芯片外)。
可调有源带通滤波器100包括带通滤波器电路104，该带通滤波器电路104从位于滤波器模102上的输入106接收待滤波的输入信号。在一些实施例中，输入106包括与50欧姆匹配的差分输入，尽管其他阻抗可以以其他实现方式(例如，75欧姆)匹配。来自带通滤波器电路104的带通滤波器输出108提供给输出缓冲器110，以向滤波器输出信号112提供适当的驱动电平给位于滤波器模102上的输出114。在一些实施例中，输出缓冲器110具有整体增益，而另一个实施例可以提供一些应用。根据示例性实施例，带通滤波器电路104可以实现如下所述的双二阶有源带通滤波器的级联级。在一些实施例中，带通滤波器电路104实现三阶带通滤波器，而另一实施例实现五阶滤波器。可以理解，较高阶滤波器将具有比较低阶滤波器具有更陡斜率的频率响应，从而提供更清晰或明显的带通滤波。
可调有源带通滤波器100包括接收串行编程接口(spi)串行数据流118的滤波器模102上的调谐输入116。调谐输入116耦合到spi接口120，该spi接口120将串行数据流118转换成加载到数据寄存器124中的调谐数据122。提供数据寄存器124中的调谐数据作为控制位126，其被送到带通滤波器电路104的各级。控制位126修改带通滤波器电路104的芯片上调谐组件，以为带通滤波器选择理想中心频率。在一些实施例中，选择四个控制位以提供16个不同的状态以编程带通滤波器电路104的中心频率。在其它实施例中，在耦合到带通滤波器电路104的另一调谐元件的滤波器模102上设置另一调谐输入128。在一些实施例中，调谐输入128包括电压输入，该电压输入修改电压可变电容器的电容，该电压可变电容器配置为如下所述的带通滤波器电路104的芯片上调谐元件之一。
图2示出了可调带通滤波器100’的另一个示例性实施例，其中相同编号的组件提供了与上面结合图1所描述的相同的功能。在图2的实施例中，不使用spi接口120，并且通过编程提供给数据寄存器124的数据122来直接编程可调带通滤波器100’。
继续参考图1和图2，图3-4示出了由串联级联双二阶带通滤波器电路300形成的示例性滤波器电路104’和104”，以提供三阶可调谐带通滤波器电路104’和五阶可调谐带通滤波器电路104”。在三阶示例性实施例104’中，每级300接收四个控制位以将每级的芯片上调谐组件编程为理想中心频率。因此，调谐数据126的12位控制字(包含控制位0-11)被提供给图3中的滤波器电路104’。类似地，调谐数据126的20位控制字(包含控制位0-19)提供给图4中的滤波器电路104”。
图5是如图3-4所示的双二阶带通滤波器300的示例性单级电路图。可以理解，双二阶带通滤波器是由分别采用运算放大器504和506的第一级500和第二级502创建的双极点滤波器。在全差分实现中，每级500和502均具有从运算放大器504、506的非反相输入到反相输出和运算放大器504、506的非反相输出到反相输入的闭合反馈回路。在第一级500中，反馈回路由电阻器508和电容器510组成。在第二级502中，电容器510用在反馈回路中。在第一级500和第二级502之间，运算放大器506的非反相输出通过调谐电阻器512反馈到运算放大器504的反相输入。类似地，电阻器512处于从运算放大器506的反相输出到运算放大器504的非反相输入的反馈回路中。操作上，差分输入信号106通过电阻器514电阻耦合到第一级运算放大器504的输入。带通滤波器输出108来自运算放大器504的差分输出，其通过调谐电阻器512耦合到第二级运算放大器506。
可以理解，双二阶滤波器电路300的中心频率由以下等式给出：中心频率＝1/2πcfrf，其中rf是电阻器512，cf是电容器510。因此，通过改变电阻器512和/或电容器510可以调整双二阶滤波器电路300的中心频率。根据一些示例性实施例，电容器510被保持在恒定值，而电阻器512通过使用来自如图6所示的数据寄存器128(参见图1)的控制位来逐步调整。在其他实施例中，如图7所示的电容器510也是可变的。如图7所示，变容二极管(可变反向偏置的pn结)700与电容器702和704一起使用以形成电压可变电容器510。通过向电压输入128(参见图1)施加电压(例如0伏-4伏)可以改变电容器510的值，由此调整双二阶滤波器电路300的中心频率。
图8是输出缓冲器110(参见图1)的示意图。输出缓冲器110操作以增加可调带通滤波器的驱动能力以驱动低阻抗(例如，五十欧姆)的负载。如图8所示，来自带通滤波器电路104的差分输出108通过电阻器800和运算放大器802电阻耦合。运算放大器802的反相输出804用于偏置驱动晶体管806，而非反相输出808是用于偏置驱动晶体管810。驱动晶体管806和810将缓冲器输出信号114通过102(参见图1)提供给滤波器的差分输出。
图9是由可调带通滤波器100(参见图1)提供的可调谐带通输出的图示900。如之前所讨论，使用来自数据寄存器124的每个滤波器级(参见图3-4)的四个控制位126，调谐电阻器512(参见图6)的十六个可能状态可以数字编程。图9示出了在约700mhz至3ghz的调谐范围内提供约140mhz的带通宽度的16个可能状态(从左到右)中的每一个状态。对于三阶带通滤波器(参见图3)可实现大于35db的带外信号抑制，并且对于五阶带通滤波器(参见图4)可实现大于40db的带外信号抑制，全部调谐组件位于单芯片可调有源带通滤波器100上。
可以理解，虽然为了说明示例性实施例已经描述了三阶(图3)和五阶(图4)滤波器布置，但是可以使用本公开的教导创建任何阶滤波器。示例性实施例是支持所附权利要求的非限制性示例。
尽管在本发明的上述详细描述中已经呈现了至少一个示例性方面，但是应该理解，存在大量的变化。还应该理解，一个或多个示例性方面仅是示例，并不意图以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。而是，前面的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本公开的示例性方面的便利的路线图。应该理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。