滤波电路的制作方法

1.本发明是有关于一种滤波电路，特别是关于一种用于多频段接收器的滤波电路。


背景技术：

2.滤波电路是组成接收器重要电路之一。一般而言，滤波电路会根据接收器所要接收的频段进行设计。不同的国家或系统使用的频段会有所差异，常见的频段例如包括窄频(2.7mhz)、宽频(15mhz)及超宽频(27mhz)等。随着接收器被要求接收的频段越来越多，滤波电路也必须随之改进。如何在增加接收频段的同时兼顾低噪声与低功率消耗是研发的重要目标。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种滤波电路，包括一第一滤波模块及一第二滤波模块。第一滤波模块用以接收一第一输入信号及一第二输入信号，且包括一第一运算放大器、一第一开关及一第二开关。第二滤波模块耦接至第一滤波模块，且包括一第二运算放大器、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关及一第八开关。滤波电路具有一第一模式及一第二模式。在第一模式下，借由第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的不导通且第五开关、第六开关、第七开关及第八开关的导通，第二运算放大器的一正输出端及一负输出端分别耦接至第一运算放大器的一反相输入端及一非反相输入端并且第一滤波模块与第二滤波模块的一阶数总和为一第一阶数。在第二模式下，借由第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的导通且第五开关、第六开关、第七开关及第八开关的不导通，该第二运算放大器的正输出端及负输出端不耦接至第一运算放大器，且第一滤波模块与第二滤波模块的阶数总和为大于第一阶数的一第二阶数。
4.本发明另一实施例提供滤波电路，包括一第一滤波模块及一第二滤波模块。第一滤波模块包括一第一运算放大器、一第一开关及一第二开关。第二滤波模块耦接至第一滤波模块，且包括一第二运算放大器、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关及一第八开关，且用以输出一第一输出信号及一第二输出信号。在第一模式下，借由第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的不导通且第五开关、第六开关、第七开关及第八开关的导通，第二运算放大器的一正输出端及一负输出端分别耦接至第一运算放大器的一反相输入端及一非反相输入端并且第一滤波模块与第二滤波模块的一阶数总和为一第一阶数。在第二模式下，借由第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的导通且第五开关、第六开关、第七开关及第八开关的不导通，第二运算放大器的正输出端及负输出端不耦接至第一运算放大器，且第一滤波模块与第二滤波模块的阶数总和为大于第一阶数的一第二阶数。
5.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
6.图1为根据本发明一实施例的滤波电路的方块图。
7.图2为根据本发明另一实施例的滤波电路的方块图。
8.图3a的电路图示出图1的滤波电路操作在第一模式下的电路架构。
9.图3b的电路图示出图1的滤波电路操作在第二模式下的电路架构。
10.其中，附图标记：
11.10、20：滤波电路
12.102：第一滤波模块
13.104：第二滤波模块
14.106：第三滤波模块
15.opa1至opa3：运算放大器
16.r1至r12：电阻器
17.c1至c7：电容器
18.s1至s8：开关
19.s-in1：第一输入信号
20.s-in2：第二输入信号
21.s-out1：第一输出信号
22.s-out2：第二输出信号
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
24.图1为根据本发明一实施例的滤波电路10的方块图。请参照图1，滤波电路10包括一第一滤波模块102、一第二滤波模块104以及一第三滤波模块106。
25.第一滤波模块102包括一运算放大器opa1、多个电阻器r1及r2、多个电容器c1及c2以及多个开关s1及s2。
26.在第一滤波模块102中，运算放大器opa1的一反相输入端用以接收一第一输入信号s-in1。运算放大器opa1的一非反相输入端用以接收一第二输入信号s-in2。电阻器r1的一第一端耦接至运算放大器opa1的反相输入端。电阻器r1的一第二端耦接至开关s1的一第一端。电容器c1的一第一端耦接至运算放大器opa1的反相输入端。电容器c1的一第二端耦接至开关s1的一第二端及运算放大器opa1的一正输出端。电阻器r2的一第一端耦接至运算放大器opa1的非反相输入端。电阻器r2的一第二端耦接至开关s2的一第一端。电容器c2的一第一端耦接至运算放大器opa1的非反相输入端。电容器c2的一第二端耦接至开关s2的一第二端及运算放大器opa1的一负输出端。
27.第二滤波模块104包括一运算放大器opa2、多个电阻器r3、r4、r5、r6、r7及r8、多个电容器c3、c4及c5以及多个开关s3、s4、s5、s6、s7及s8。
28.在第二滤波模块104中，电阻器r3的一第一端耦接至运算放大器opa1的负输出端。电阻器r4的一第一端耦接至运算放大器opa1的正输出端。电容器c3的一第一端耦接至开关s3的一第一端。开关s3的一第二端耦接至电阻器r3的一第二端。电容器c3一第二端耦接至开关s4的一第一端。开关s4的一第二端耦接至电阻器r4的一第二端。电阻器r5的一第一端
耦接至电阻器r3的第二端。电阻器r7的一第一端耦接至开关s5的一第一端。电阻器r7的一第二端耦接至开关s7的一第一端及运算放大器opa2的一正输出端。开关s7的一第二端耦接至电阻器r1的第二端。电容器c4的一第一端耦接至开关s5的一第二端。电容器c4的一第二端耦接至运算放大器opa2的正输出端。开关s5的第二端耦接至电阻器r5的一第二端及运算放大器opa2的一反相输入端。电阻器r6的一第一端耦接至电阻器r4的第二端。电阻器r8的一第一端耦接至开关s6的一第一端。电阻器r8的一第二端耦接至开关s8的一第一端及运算放大器opa2的一负输出端。开关s8的一第二端耦接至电阻器r2的第二端。电容器c5的一第一端耦接至开关s6的一第二端。电容器c5的一第二端耦接至运算放大器opa2的负输出端。开关s6的第二端耦接至电阻器r6的一第二端及运算放大器opa2的一非反相输入端。
29.第三滤波模块106包括一运算放大器opa3、多个电阻器r9、r10、r11及r12以及多个电容器c6及c7。
30.在第三滤波模块106中，电阻器r9的一第一端耦接至运算放大器opa2的负输出端。电阻器r11的一第一端耦接至电阻器r9的一第二端及运算放大器opa3的一反相输入端。电阻器r11的一第二端耦接至运算放大器opa3的一正输出端。电容器c6的一第一端耦接至运算放大器opa3的反相输入端。电容器c6的一第二端耦接至运算放大器opa3的正输出端。电阻器r10的一第一端耦接至运算放大器opa2的正输出端。电阻器r12的一第一端耦接至电阻器r10的一第二端及运算放大器opa3的一非反相输入端。电阻器r12的一第二端耦接至运算放大器opa3的一负输出端。电容器c7的一第一端耦接至运算放大器opa3的非反相输入端。电容器c7的一第二端耦接至运算放大器opa3的负输出端。运算放大器opa3的正输出端用以输出一第一输出信号s-out1。运算放大器opa3的负输出端用以输出一第二输出信号s-out2。
31.在一实施例中，电阻器r1及r2的电阻值彼此相同。电阻器r3及r4的电阻值彼此相同。电阻器r5及r6的电阻值彼此相同。电阻器r7及r8的电阻值彼此相同。电阻器r9及r10的电阻值彼此相同。电阻器r11及r12的电阻值彼此相同。电容器c1及c2的电容值彼此相同。电容器c4及c5的电容值彼此相同。电容器c6及c7的电容值彼此相同。
32.滤波电路10具有一第一模式及一第二模式。第一模式与第二模式之间的切换可借由改变开关s1至s8的导通与不导通的组合来实现，详细说明于图3a及图3b的实施例中。在一实施例中，开关s1至s8可受控于一控制单元(图未示)。控制单元可根据使用者下达的一模式切换命令来发送控制信号至开关s1至s8以分别控制开关s1至s8导通或不导通。
33.图3a的电路图示出图1的滤波电路10操作在第一模式下的电路架构。参照图3a，当开关s1至s4不导通且开关s5至s8导通时，滤波电路10会被切换至第一模式。在本实施例中，第一模式为窄频模式。在第一模式下，第二滤波模块104的运算放大器opa2的正输出端及负输出端会分别通过电阻器r1及电阻器r2耦接至第一滤波模块102的反相输入端及非反相输入端。此外，电阻器r7与电容器c4并联于运算放大器opa2的反向输入端及正输出端之间，以及类似地，电阻器r8与电容器c5并联于运算放大器opa2的非反向输入端及负输出端之间。又，因应于开关s3及s4的不导通，电容器c3不电性连接至第二滤波模块104的其他电子元件，因而电容器c3不参与对第一输入信号s-in1及第二输入信号s-in2的滤波操作。
34.第一滤波模块102与第二滤波模块104共同贡献的阶数(order)总和为一第一阶数，在本实施例中第一阶数为二阶。在一些实施例中，在第一模式下的第一滤波模块102与
第二滤波模块104的组合的等效电路可等同于tow-thomas二阶滤波器。又，第三滤波模块106独自贡献的阶数为二阶。据此，操作在第一模式下的滤波电路10可等效为四阶滤波器。
35.图3b的电路图示出图1的滤波电路10操作在第二模式下的电路架构。参照图3b，当开关s1至s4导通且开关s5至s8不导通时，滤波电路10会被切换为第二模式。在本实施例中，第二模式为宽频模式。在第二模式下，第二滤波模块104的运算放大器opa2的正输出端及负输出端不反馈至第一滤波模块102的反相输入端及非反相输入端。据此，第一滤波模块102与第二滤波模块104共同贡献的阶数总和为大于第一阶数的一第二阶数，在本实施例中第二阶数为三阶。在一些实施例中，在第二模式下的第一滤波模块102贡献一阶的滤波效果，并且在第二模式下的第二滤波模块104可等同于二阶多重反馈滤波器。又，第三滤波模块106独自贡献的阶数为二阶。据此，操作在第二模式下的滤波电路10可等效为五阶滤波器。
36.一般来说，滤波器的阶数正相关于滤波器输出的信号的频宽。因此，在第一模式下为四阶的滤波电路10的频宽窄于在第二模式下为五阶的滤波电路10。又，一般来说，滤波电路的频宽正相关于可滤波的频段数量。因此，滤波电路10在第一模式下可滤波的频段数量少于在第二模式下。例如在一实施例中，滤波电路10在第一模式下可包括滤波窄频(2mhz(mega hertz))及宽频(15mhz)的两个频段的信号，或者可滤波包括宽频(15mhz)及超宽频(27mhz)的两个频段的信号。另一方面，滤波电路10在第二模式下可滤波包括窄频(2mhz)、宽频(15mhz)及超宽频(27mhz)的三个频段的信号。也就是说，滤波电路10可借由调整开关s1至s8的导通与不导通的组合来调整第一滤波模块102与第二滤波模块104共同贡献的阶数总和，据以改变滤波电路10的频宽。
37.通常，相较于低阶的滤波电路，构成高阶的滤波电路的运算放大器的最低需求的总数量比较多，其将导致高阶的滤波电路的功率消耗大于低阶的滤波电路，因而此高阶的滤波电路相对不适合应用在低功耗应用中。
38.为了能够符合低功耗应用的需求，会尽量至少减少滤波电路的运算放大器的总量。在本发明中，即使在宽频模式下，本发明的滤波电路10的操作放大器的总量也保持与在低频模式下操作放大器的总量相同。换言之，本发明的滤波电路10没有因操作在宽频模式下而使用比在窄频模式下更多的操作放大器。本发明的滤波电路10是借由开关s1至s8来重新组态原本提供低阶滤波器功能的滤波电路10，以使经组态滤波电路10能够提供高阶滤波器的功能。因此，本发明的滤波电路10的功率消耗的效率相对较佳。
39.在一实施例中，第三滤波模块106可做为可编程增益放大器(programmable-gain amplifier，pga)。在此实施例中，电阻器r9、r10、r11及r12为可变电阻器，电阻器r9的电阻值与电阻器r11的电阻值的比值可决定一增益。电阻器r9的电阻值与电阻器r10的电阻值相同，电阻器r11的电阻值与电阻器r12的电阻值相同，因此上述增益也等同于由电阻器r10的电阻值与电阻器r12的电阻值的比值来决定。
40.在另一实施例中，电阻器r9、r10、r11及r12为可变电阻器且电容器c6及c7为可变电容器。电阻器r9至r12的电阻值及电容器c6至c7的电容值可受控制控制单元，控制单元可根据滤波电路10所处的模式为第一模式或第二模式调整电阻器r9至r12的电阻值及电容器c6至c7的电容值以优化滤波电路10的滤波效果。
41.图2为根据本发明另一实施例的滤波电路20的方块图。请参照图2，滤波电路20是通过将图1的第三滤波模块106移至第二滤波模块104前方来实现。换言之，第三滤波模块
106是作为滤波电路20的输入级。据此，第二滤波模块104适应性地作为滤波电路20的输出级，并且第一滤波模块102作为滤波电路20的中间级以耦接于滤波电路20的第三滤波模块106及第二滤波模块104之间。
42.为了简洁，以下仅就连接差异处进行描述。参照图2，电阻器r11的第二端、电容器c6的第二端及运算放大器opa3的正输出端耦接至第一滤波模块102的电阻器r2的第一端、电容器c2的第一端及运算放大器opa1的非反向输入端。类似地，电阻器r12的第二端、电容器c7的第二端及运算放大器opa3的负输出端耦接至第一滤波模块102的电阻器r1的第一端、电容器c1的第一端及运算放大器opa1的反向输入端。此外，运算放大器opa2的正输出端用以输出一第一输出信号s-out1。运算放大器opa2的负输出端用以输出一第二输出信号s-out2。
43.需要注意的是，第一滤波模块102与第二滤波模块104中的电阻器的电阻值及电容器的电容值可根据实际需求进行设计，本发明不加以限定。
44.本发明提出的滤波电路具有两种不同的模式，即第一模式及第二模式。在滤波电路的阶数上，处于第一模式下的四阶小于处于第二模式下的五阶。在滤波电路的频宽上，处于第一模式下的滤波电路的频宽窄于处于第二模式下。借由调整滤波器电路中开关的导通与不导通的组合来调整第一滤波模块与第二滤波模块共同贡献的阶数总和而切换于第一模式与第二模式之间，据以改变滤波电路的频宽。因此，本发明的滤波电路的功率消耗的效率相对较佳。
45.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。