專利名稱：濾波器截止頻率校正電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用數(shù)字方式的濾波器截止頻率校正電路，特別涉及一種濾波器 截止頻率校正電路，其根據(jù)體現(xiàn)半導體的工程變化(variation)而計算出被扭曲的時間常 數(shù)變化率，且根據(jù)時間常數(shù)變化率利用數(shù)字方式對截止頻率(cut-off frequency)進行校 正。
背景技術：
電子工學大體上是一種對信號進行傳送、接收或處理的領域。從而，在信號傳送的 過程中混入其他不需要的信號時，僅需通過濾波器過濾出需要傳送的原先信號，尤其是模 擬濾波器，其作用在于在信號傳送到數(shù)字信號處理電路之前，將其變成只有所需信息的干 凈的信號。由于安裝于集成電路內的濾波器的截止頻率會隨著溫度變化或制程工藝而發(fā)生 變化，因此需要對其進行校正的截止頻率校正電路。濾波器的截止頻率是由積分器的時間 常數(shù)(time constant)決定的。由于時間常數(shù)會隨著溫度變化或制程工藝的變化而隨時發(fā) 生變化，而截止頻率校正電路起到使時間常數(shù)維持一定值的功能。在模擬濾波器中截止頻率的準確度是決定信號質量的重要因素。但是，以半導體 來體現(xiàn)濾波器時，工程變化使得頻率相對于設計時所需的截止頻率最多會有士25%的扭 曲。Gm-C濾波器使用模擬鎖相環(huán)(PLL，phase-locked loop)電路來對截止頻率進行調節(jié)。 但是，有源電阻電容(active-RC)濾波器為了能對電阻值、電容值、或電阻及電容值兩者進 行調節(jié)，在有源電阻電容濾波器進行設計時，是利用電阻列及電容列，以對截止頻率進行調 節(jié)。圖1是用于調節(jié)模擬濾波器截止頻率的電阻列的一般結構圖，圖2是用于調節(jié)模 擬濾波器截止頻率的電容列的一般結構圖。為了實驗目的而制作濾波器時，有時會從芯片的外部手動輸入代碼來調節(jié)截止頻 率，但為了商業(yè)目的而實際使用濾波器時，需要增加可在芯片內部能夠將扭曲的截止頻率 調節(jié)至原來的截止頻率的截止頻率校正電路。根據(jù)這樣的需求，至今對截止頻率校正電路提出了多種技術方案。圖3a是采用數(shù)字-動態(tài)鏈接庫(DLL)技術的截止頻率校正電路圖，圖北為其時 序圖。請參照圖3a及圖3b，由電阻和電容構成的無源濾波器上施加時鐘時，比較器(CP) 根據(jù)濾波器的特性而輸出的時鐘(D)與施加于濾波器的時鐘(VIN)的頻率相同，但會有 一定時間(Tl)的延遲。當沒有工程變化而使得電阻和電容維持正常值時，從延遲發(fā)生器 (delay generator)進入到鎖存器(latch)的脈沖(LATCH CLK)的上升邊(rising edge) 與比較器(CP)的輸出時鐘(D)的上升邊一致。但是，當由于工程變化而使得電阻和電容的 值變大或變小時，會使得比較器(CP)的輸出時鐘(D)的上升邊比延遲發(fā)生器所輸出的脈沖 (LATCH OUT)的上升邊更晚或更早。將所檢測到的比較器(CP)的上升邊位置的結果傳送到計數(shù)器(UP/DN counter)，并重復多次對濾波器的基本電阻列代碼進行增加或減少一個 比特(bit)的過程，從而找出能使延遲發(fā)生器的輸出脈沖(LATCH CLK)的上升邊與比較器 (CP)輸出時鐘(D)的上升邊一致的代碼后傳送至濾波器，從而調節(jié)截止頻率。但是，由于該技術需要將上述一系列過程重復至達到截止頻率為止，因此存在濾 波器充分過濾出信號的狀態(tài)所需時間過長的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種濾波器截止頻率校正電路，其能利用數(shù)字方式對 起因于工程變化而被扭曲的濾波器截止頻率進行校正。根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種濾波器截止頻率校正電路，其輸入有從第一電壓 增加到第二電壓的階躍函數(shù)(st印function)該濾波器截止頻率校正電路包括一次無源 濾波器，其包括電阻和電容，所述一次無源濾波器對所述階躍函數(shù)進行積分而得到第三電 壓；第一比較器，用以比較所述第三電壓與已設定的第一基準電壓，當所述所述第三電壓高 于已設定的第一基準電壓時，所述第一比較器輸出高頻信號；第二比較器，用以從施加所述 第二電壓的時刻起到所述第一比較器輸出高頻信號的時刻為止的第一期間內輸出高頻信 號；計數(shù)器，其第一輸入端連接于所述第二比較器的輸出端，第二輸入端連接于基準時鐘， 所述計數(shù)器對所述第一期間內所輸入的基準時鐘的數(shù)量進行計數(shù)；數(shù)位區(qū)塊，用以利用所 述計數(shù)器計數(shù)的基準時鐘的數(shù)量來計算出濾波器的時間常數(shù)變化率，并產生能校正所述時 間常數(shù)變化率的校正碼；以及濾波器，用以根據(jù)所述數(shù)位區(qū)塊的校正碼來對截止頻率進行 校正。本發(fā)明的實施例中，一次就能計算出由于工程變化而改變的時間常數(shù)變化率，數(shù) 位區(qū)塊能夠根據(jù)時間常數(shù)變化率產生濾波器的校正碼，因此加快了截止頻率調節(jié)速度，從 而可以縮短包括濾波器的系統(tǒng)的動作準備時間(warming-up time)。另外，本發(fā)明的實施例中，可以由數(shù)位區(qū)塊計算出截止頻率校正碼，因此還能夠提 高數(shù)位區(qū)塊所占面積與截止頻率準確度之比。


圖1是用于調節(jié)模擬濾波器截止頻率的電阻列的一般結構圖；圖2是用于調節(jié)模擬濾波器截止頻率的電容列的一般結構圖；圖3a是采用數(shù)字-動態(tài)鏈接庫技術的截止頻率校正電路圖；圖北是圖3a中的截止頻率校正電路的時序圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施的利用數(shù)字方式的濾波器截止頻率校正電路結構圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施的利用數(shù)字方式的濾波器截止頻率校正電路的時序圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施的濾波器(700)的電阻結構示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施的濾波器(700)的電容結構示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實施的電容的校正碼表的示意圖。
具體實施例方式以下參照附圖來對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，以使本發(fā)明所屬技術領域具有通常知識的技術人員能據(jù)以實施。但是，本發(fā)明可以各種不同的形態(tài)實施，而不限于本說明 書提及的實施例。而且，為了明確地對本發(fā)明進行說明，省略了與本發(fā)明無關的部分，并且 整個說明書中功能或結構類似的元件使用相同的元件標號。在整個說明書中，當提到某一元件與另一元件相“連接”時，不僅包括“直接連接” 的情況，還包括在其中間隔著其他元件而“電連接”的情況。另外，當提到某個元件“包括” 某些構成要素時，只要沒有特別說明，則不等于排除其他的構成要素，而是意味著還可以包 括其他構成要素。說明書中所記載的“...部”、“...器”及“...模塊”等用語意味著能處理至少一 個功能或動作的單位，其可由硬件、軟件或硬件與軟件的結合來實現(xiàn)。以下，參照附圖對根據(jù)本發(fā)明實施的濾波器截止頻率校正電路進行詳細說明。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施的利用數(shù)字方式的濾波器截止頻率校正電路結構圖，圖5 是根據(jù)本發(fā)明實施的利用數(shù)字方式的濾波器截止頻率校正電路的時序圖。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實施的利用數(shù)字方式的濾波器截止頻率校正電路包括 一次無源濾波器(100)、第一比較器000)、第二比較器(300)、第三比較器000)、計數(shù)器 (500)、數(shù)位區(qū)塊(600)及濾波器(700)。此時，濾波器(700)包括多個電阻(R)和多個電容(C)，這些電阻(R)可以由線性 (linear array)結構及R-2R梯型(ladder)結構等結構構成，但本發(fā)明以這些電阻(R)為 R-2R梯型結構來進行說明。這些電阻(R)及這些電容(C)分別連接有開關，因此可以通過 開關的接通及切斷來調節(jié)濾波器(700)的電阻(R)值和電容(C)值。一次無源濾波器(100)包括電阻(Rkef)及電容(Ckef)。電阻(Rkef)連接于重置 (RESET)端子，電容(Ckef)的第一端連接于電阻(Rkef)和第二比較器(300)的連接點，電容 (Ceff)的第二端接地。一次無源濾波器(100)為由電阻和電容構成的濾波器，一次無源濾波器(100)的 輸出電壓(Vkc)如以下公式1。Vrc = VDD{\-e^~tlR^C^)[公式 1]Vdd為通過重置端子輸入的電壓，如圖5所示，Vdd電壓為從0增加到Vdd的階躍函 數(shù)(st印function) 0由于通過重置端子輸入的階躍函數(shù)，一次無源濾波器(100)的輸出電 壓(Vkc)呈現(xiàn)如圖5所示逐漸增加的波形。第一比較器(200)為運算放大器(operation amplifier)，其(+)端子連接于一次 無源濾波器(100)的輸出端，㈠端子連接于基準電壓(Vkef)。第一比較器000)對一次無源濾波器(100)的輸出電壓(Vkc)和基準電壓(Vkef) 進行比較后，輸出如圖5的波形。當一次無源濾波器(100)的輸出電壓(Vkc)低于基準電 壓(Vkef)時，第一比較器(200)輸出低頻(low)信號，自一次無源濾波器(100)的輸出電壓 (Vec)大于基準電壓(Vkef)的時刻起第一比較器(200)輸出高頻(high)信號。利用下面的公式2，可計算出第一比較器000)輸出信號變成高頻信號的時刻。t = -REEFCEEFln (1"Veef/Vdd) [公式 2]當基準電壓(Vkef)固定于一定值的狀態(tài)下，將一次無源濾波器(100)的電阻(Rkef) 和電容(Ckef)的值設為特定值，即可知道第一比較器O00)的輸出信號變成高頻信號的時 刻。
因此，在本發(fā)明的第三比較器000)中，對重置端子上施加有Vdd電壓的時刻起到 第一比較器(200)輸出高頻信號的時刻為止的期間(tw)與通過公式2而計算出來的時間 (t)進行比較，從而可以預測出電阻(Rkef)和電容(Ckef)由于工程變化而改變了多少。首先，第二比較器(300)為運算放大器，其⑴端子連接于重置端子且㈠端子連 接于基準電壓(VKEF)。此時，基準電壓(Vkef)被設成低于Vdd電壓的電壓。從而，當重置端子 被施加OV的電壓時，第二比較器(300)輸出低頻信號，當由于階躍函數(shù)而被施加Vdd電壓的 時刻起，第二比較器(300)則輸出高頻信號。第三比較器000)為異或門O(OR)元件，其第一輸入端連接于第一比較器000)，
第二輸入端連接于第二比較器(300)。在第一比較器(200)的輸出信號和第二比較器(300)的輸出信號的電平不同的情 況下，第三比較器(400)輸出高頻信號。如圖5所示，第三比較器(400)的高頻信號在期間 (tw)內被輸出，并可以期間(tw)作為脈沖幅度的脈沖表現(xiàn)出來。在本發(fā)明的實施例中，在重置端子與第三比較器(400)之間并連接有與第一比較 器(200)相同的比較器，即第二比較器(300)，因此可以防止比較器本身的延遲(delay)對 第三比較器(400)的脈沖幅度(tw)造成的影響。計數(shù)器(500)中，啟用端子(EN)連接于第三比較器000)的輸出端，基準時鐘 (reference clock)被輸入至時鐘端子(CLK)。如圖5所示，具有脈沖幅度(tw)的脈沖從第三比較器(400)輸入的期間內，計數(shù) 器(500)對所輸入的基準時鐘的數(shù)量進行計數(shù)。此時，根據(jù)計數(shù)器(500)是增序計數(shù)器 (UP-counter)還是減序計數(shù)器(DOWN-counter)，計數(shù)器(500)的輸出數(shù)量(P)會不同。在計數(shù)器(500)為增序計數(shù)器的情況下，增序計數(shù)器對在脈沖幅度(tw)內所輸入 的基準時鐘的數(shù)量(P)進行計數(shù)并輸出至數(shù)位區(qū)塊(600)。在計數(shù)器(500)為減序計數(shù)器的情況下，減序計數(shù)器考慮好電阻(Rkef)和電容 (Ceef)后，對脈沖幅度(tw)期間內所施加的基準時鐘的基準數(shù)量(PKe)進行計算并提前決 定。例如，當通過電阻(Rkef)和電容(Ckef)的值來計算出來的脈沖幅度(tw)為10us，且基準 時鐘為40MHz時，減序計數(shù)器計算出來的基準時鐘的基準數(shù)量會是400。由于工程變化而使 得依據(jù)電阻(Rkef)和電容(Ckef)的時間常數(shù)變小時，脈沖幅度(tw)會減小，從而會使減序計 數(shù)器的輸出數(shù)量(P)成為不能到達"0"的正數(shù)值。相反地，由于工程變化而使得依據(jù)電阻 (Reef)和電容(Ckef)的時間常數(shù)變大時，脈沖幅度(tw)會增加，從而使得減序計數(shù)器的輸出 數(shù)量(P)成為小于"0"的負數(shù)值。數(shù)位區(qū)塊(600)連接于計數(shù)器(500)的輸出端，且根據(jù)計數(shù)器(500)的輸出數(shù)量 (P)來計算出濾波器的時間常數(shù)變化率，并產生能對時間常數(shù)變化率進行校正的校正碼。數(shù)位區(qū)塊(600)可以按功能分為兩大部分。數(shù)位區(qū)塊(600)其中一個功能是，為 了校正濾波器(700)的截止頻率而判斷校正碼的生成方向，判斷校正碼應該是向降低濾波 器(700)的電阻(R)值和電容(C)值的方向生成，還是應該向增加的方向生成。另一個功 能是，決定應該按照指定的方向改變多少，以生成校正碼。數(shù)位區(qū)塊(600)利用計數(shù)器(500)的輸出數(shù)量⑵來判斷濾波器(700)電阻(R) 和電容(C)的時間常數(shù)(time constant)是隨著工程變化而增加還是減少。當計數(shù)器(500)為增序計數(shù)器時，數(shù)位區(qū)塊(600)對輸出數(shù)量(P)與數(shù)位區(qū)塊
6(600)中已設定的時鐘的基準數(shù)量(Pkef)進行比較。數(shù)位區(qū)塊(600)在輸出數(shù)量⑵大于 基準數(shù)量(Pkef)時判定為時間常數(shù)增加，并選擇降低電阻(R)值和電容(C)值的方向，當輸 出數(shù)量⑵小于基準數(shù)量(Pkef)時判定為時間常數(shù)減少，并選擇增加電阻(R)值和電容(C) 值的方向。數(shù)位區(qū)塊(600)產生用于校正輸出數(shù)量(P)與基準數(shù)量(Pkef)之差的校正碼。當計數(shù)器(500)為減序計數(shù)器時，輸出數(shù)量(P)為正數(shù)時數(shù)位區(qū)塊(600)判定為 時間常數(shù)減少，并選擇增加電阻(R)值和電容(C)值的方向，而輸出數(shù)量⑵為負數(shù)時則判 定為時間常數(shù)增加，并選擇減少電阻(R)值和電容(C)值的方向。數(shù)位區(qū)塊(600)可以通過如下的公式3計算出隨著工程變化而變化的時間常數(shù)變 化率(a% )。
權利要求
1.一種濾波器截止頻率校正電路，其輸入有從第一電壓增加到第二電壓的階躍函數(shù)， 該濾波器截止頻率校正電路包括一次無源濾波器，其包括電阻和電容，所述一次無源濾波器對所述階躍函數(shù)進行積分 而得到第三電壓；第一比較器，用以比較所述第三電壓與已設定的第一基準電壓，當所述所述第三電壓 高于已設定的第一基準電壓時，所述第一比較器輸出高頻信號；第二比較器，用以從施加所述第二電壓的時刻起到所述第一比較器輸出高頻信號的時 刻為止的第一期間內輸出高頻信號；計數(shù)器，其第一輸入端連接于所述第二比較器的輸出端，第二輸入端連接于基準時鐘， 所述計數(shù)器對所述第一期間內所輸入的基準時鐘的數(shù)量進行計數(shù)；數(shù)位區(qū)塊，用以利用所述計數(shù)器計數(shù)的基準時鐘的數(shù)量來計算出濾波器的時間常數(shù)變 化率，并產生能校正所述時間常數(shù)變化率的校正碼；以及濾波器，用以根據(jù)所述數(shù)位區(qū)塊的校正碼來對截止頻率進行校正。
2.如權利要求1所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于所述濾波器截止頻率 校正電路更包括第三比較器，其位于輸入所述階躍函數(shù)的輸入端和所述第二比較器之間， 當所述階躍函數(shù)的電壓大于所述第一基準電壓時，所述第三比較器輸出高頻信號。
3.如權利要求1所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于所述計數(shù)器為增序計 數(shù)器。
4.如權利要求3所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于當所述基準時鐘的數(shù) 量大于設定的基準時鐘的基準數(shù)量時，所述數(shù)位區(qū)塊判定為所述濾波器的時間常數(shù)增加， 當所述基準時鐘的數(shù)量小于所述基準數(shù)量時，所述數(shù)位區(qū)塊判定為所述濾波器的時間常數(shù) 減少，所述數(shù)位區(qū)塊并產生用于校正所述基準時鐘的數(shù)量與基準數(shù)量之差的校正碼。
5.如權利要求1所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于所述計數(shù)器為減序計 數(shù)器，所述減序計數(shù)器從依據(jù)所述電阻和電容而計算出來的基準時鐘的基準數(shù)量開始進行 減法計數(shù)。
6.如權利要求5所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于當所述計數(shù)器的輸出 數(shù)量為正數(shù)時，所述數(shù)位區(qū)塊判定為所述濾波器的時間常數(shù)降低，當所述計數(shù)器的輸出數(shù) 量為負數(shù)時，所述數(shù)位區(qū)塊判定為所述濾波器的時間常數(shù)增加。
7.如權利要求1所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于所述電阻及電容被設 置于與所述濾波器相同的環(huán)境。
8.如權利要求1所述的濾波器截止頻率校正電路，其特征在于所述第二比較器為異 或門。
全文摘要
一種濾波器截止頻率校正電路，其輸入有從第一電壓增加到第二電壓的階躍函數(shù)，該校正電路包括一次無源濾波器，對所述階躍函數(shù)進行積分而得到第三電壓；第一比較器，當所述所述第三電壓高于已設定的第一基準電壓時，所述第一比較器輸出高頻信號；第二比較器，用以從施加所述第二電壓的時刻起到所述第一比較器輸出高頻信號的時刻為止的第一期間內輸出高頻信號；計數(shù)器，對所述第一期間內所輸入的基準時鐘的數(shù)量進行計數(shù)；數(shù)位區(qū)塊，用以利用所述計數(shù)器計數(shù)的基準時鐘的數(shù)量來計算出濾波器的時間常數(shù)變化率，并產生能校正所述時間常數(shù)變化率的校正碼；以及濾波器，用以根據(jù)所述數(shù)位區(qū)塊的校正碼來對截止頻率進行校正。該校正電路可加快截止頻率調節(jié)速度，從而可以縮短包括濾波器的系統(tǒng)的動作準備時間，還能夠提高數(shù)位區(qū)塊所占面積與截止頻率準確度之比。
文檔編號H03K21/40GK102098042SQ20091025879
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者俞昌植, 金信寧 申請人:芯光飛株式會社