專利名稱：濾波器時(shí)間常數(shù)的校正裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及片上濾波器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種濾波器時(shí)間常數(shù)的校正裝置。
背景技術(shù)：
有源RC濾波器由于不需要片上集成電感線圈，是一種容易實(shí)現(xiàn)高集成度的濾波器結(jié)構(gòu)。隨著CMOS工藝的進(jìn)步，有源RC濾波器能工作的頻帶不斷提高，工作的電壓不斷降低，消耗的功耗越來越小，廣泛地被應(yīng)用于高性能、中低速應(yīng)用的模擬射頻電路。但有源RC 濾波器所存在的電容電阻相對(duì)誤差并未因此減小，當(dāng)前主流的0. 18微米的CMOS工藝下，金屬-絕緣體-金屬電容誤差為15%，而電阻誤差高達(dá)30%以上。該誤差會(huì)極大地影響有源 RC濾波器的頻率傳輸特性。應(yīng)用于濾波器的前臺(tái)校正電路能有效補(bǔ)償電阻電容工藝偏差，而校正精度、校正速度，以及校正電路的面積、功耗為校正電路的主要指標(biāo)。但現(xiàn)有的校正技術(shù)中普遍存在校正電路過于復(fù)雜，校正速度慢，功耗過高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高校正速度，降低功耗。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種濾波器時(shí)間常數(shù)的校正裝置，包括模擬模塊，用于計(jì)算所述濾波器的時(shí)間常數(shù)RC，即所述濾波器的待校正電阻R與待校正電容C的乘積，并得到指示RC乘積量的信號(hào)，所述待校正電容由多個(gè)相同的另一電容串聯(lián)而成；數(shù)字模塊，與所述模擬模塊電連接，用于接收所述模擬模塊發(fā)出的指示RC乘積量的信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)通過計(jì)數(shù)的方式得到指示RC乘積量的數(shù)字碼，然后根據(jù)該數(shù)字碼計(jì)算校正后的電容控制碼，以控制濾波器的每一電容，即所述另一電容。其中，所述模擬模塊包括相互連接的充電電路和比較電路，所述充電電路用于為待校正電容充電，所述比較電路用于對(duì)充電結(jié)束電壓與指示充電結(jié)束的閥值電壓Vth進(jìn)行比較，得到指示RC乘積量的信號(hào)，輸出給所述數(shù)字模塊。其中，所述充電電路包括第一運(yùn)算放大器OPAl，具有正輸入端Vkefi及負(fù)輸入端；所述負(fù)輸入端連接所述待校正電阻R的一端，所述待校正電阻R的另一端接地；第一 NMOS管NMOSl，所述第一 NMOS管NMOSl的源極與所述第一運(yùn)算放大器OPAl 的負(fù)輸入端電連接，柵極與所述第一運(yùn)算放大器OPAl的輸出端電連接；第二運(yùn)算放大器0PA2，具有正輸入端Vkef2及負(fù)輸入端，正輸入端接電壓源VKEF2，負(fù)輸入端電連接所述第一 NMOS管NMOSl的漏極；開關(guān)Sl及待校正電容C，所述開關(guān)Sl與待校正電容C并聯(lián)，并聯(lián)的兩端分別與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的負(fù)輸入端和輸出端電連接。其中，所述比較電路包括第一比較器COMPl，所述第一比較器COMPl的正輸入端電連接用于指示充電結(jié)束的閥值電壓Vth，所述第一比較器COMPl的負(fù)輸入端與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的輸出端電連接；第一比較器COMPl的輸出端END電連接所述數(shù)字模塊。其中，所述模擬模塊還包括電源及電源控制模塊，用于在校正結(jié)束后關(guān)閉所述電源，所述數(shù)字模塊包括高速時(shí)鐘和時(shí)鐘控制模塊，用于在校正結(jié)束后關(guān)閉所述高速時(shí)鐘。其中，所述開關(guān)為CMOS開關(guān)。其中，所述濾波器為有源RC濾波器。(三)有益效果本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、模擬模塊中將現(xiàn)有的兩個(gè)比較器改為一個(gè)比較器，只使用一個(gè)閾值電壓Vth指示充電結(jié)束。只要Vkise上升到Vth即輸出充電結(jié)束信號(hào)給數(shù)字模塊。 從而一方面減小了校正電路的面積和功耗，另一方面減小了一個(gè)比較器的失配，提高了精度。2、采用一個(gè)高速時(shí)鐘為上述充電過程計(jì)時(shí)，從而將指示RC乘積量的信號(hào)由模擬域的電壓V轉(zhuǎn)化為數(shù)字域的時(shí)鐘周期數(shù)N，提高了精度。3、數(shù)字模塊采用了“一步到位”的計(jì)算方法直接得到電容的二進(jìn)制數(shù)字控制碼，不再需要負(fù)反饋收斂到最終的控制碼，從而大大減少了校正所需要的時(shí)間，提高了速度，減小了功耗。4、在校正結(jié)束之后，電源控制模塊關(guān)閉模擬模塊的電源，時(shí)鐘控制模塊自動(dòng)數(shù)字模塊的關(guān)閉時(shí)鐘，可以減小功耗，而由于校正時(shí)間大大縮短，因此校正電路消耗的功耗也大大減小。


圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中模擬模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提出了一種濾波器時(shí)間常數(shù)的“一步到位“校正裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示， 包括模擬模塊，用于計(jì)算待校正電阻、電容的乘積RC，并得到指示RC乘積量的信號(hào)，所述模擬模塊包括為待校正電容充電的充電電路和比較器；數(shù)字模塊，所述數(shù)字模塊包括用于得到指示RC乘積量數(shù)字碼的計(jì)數(shù)器，以及“一步到位”計(jì)算校正碼的數(shù)字電路，所述數(shù)字模塊電連接所述模擬模塊，以接受所述模擬模塊發(fā)出的指示RC乘積量的信號(hào)，計(jì)數(shù)得到指示RC乘積量的數(shù)字碼，根據(jù)該數(shù)字碼“一步到位” 計(jì)算校正后的電容控制碼，以控制待校正有源RC濾波器的每一電容。所述模擬模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括第一運(yùn)算放大器OPAl，所述第一運(yùn)算放大器OPAl具有正輸入端Vkefi及負(fù)輸入端； 所述負(fù)輸入端連接所述待校正電阻R的一端，所述待校正電阻R的另一端接地；第一匪OS管NMOSl，所述第一匪OS管匪OSl的源極與所述第一運(yùn)算放大器OPAl的負(fù)輸入端電連接，柵極與所述第一運(yùn)算放大器OPAl的輸出端電連接，漏極與第二運(yùn)算放大器0PA2的負(fù)輸入端電連接；第二運(yùn)算放大器0PA2，具有正輸入端Vkef2及負(fù)輸入端，所述負(fù)輸入端電連接所述第一 NMOS管NMOSl的漏極；CMOS開關(guān)Sl及待校正的、由多個(gè)串聯(lián)電容Cl組成的電容C，所述CMOS開關(guān)Sl與所述電容C并聯(lián)，并聯(lián)的兩端分別與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的負(fù)輸入端和輸出端電連接；第一比較器COMPl，所述第一比較器COMPl的正輸入端電連接閥值電壓Vth，所述第一比較器COMPl的負(fù)輸入端與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的輸出端電連接；第一比較器 COMPl的輸出端END電連接所述數(shù)字模塊。本發(fā)明的原理為待校正的有源RC濾波器用到的電容全部取相同的電容值(即上述的待校正電容C)，且為單位電容AC(為預(yù)設(shè)值)的2N-1倍，采用N位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) (即所述數(shù)字模塊的輸出信號(hào)，其包括電容控制碼，該電容控制碼是用于控制電容C大小的二進(jìn)制碼)控制；待校正的有源RC濾波器用到的電阻全部取為最小單位電阻AR(為預(yù)設(shè)值)的整數(shù)倍。校正裝置校正的對(duì)象為濾波器的時(shí)間常數(shù)，即電阻R與電容C的乘積。校正裝置的校正結(jié)果通過前述N位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出給待校正的有源RC濾波器。自動(dòng)校正裝置的校正思想在在2007年出版的IEEE Journal of Solid-State Circuits 的第 42 卷第 3 期的 602-612 頁中的 “A 20mff 3. 24mm2 Fully Integrated GPS Radio for Location Based Services” 一文中有所介紹，其具體工作過程如下(以下符號(hào)為上述文獻(xiàn)中的符號(hào)，而非本發(fā)明圖2中的符號(hào))在參考時(shí)鐘的前半個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)處于斷開的狀態(tài)，反比于電阻R的電流為電容充電，使得Vkise線性上升。在時(shí)鐘的另半個(gè)周期， 電容C被放電，Vkise被置回VKEF2。在第一個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束時(shí)，通過兩個(gè)比較器的比較基準(zhǔn)電壓VTH—HreH、VTH—與Vkise的最大值Vmax得到比較結(jié)果UP/DN，以控制數(shù)字模塊提高或者降低電容C的取值如果Vmax > Vth hkh，則DN= 1，UP = 0，校正裝置的數(shù)字模塊會(huì)減小相應(yīng)的電容控制碼(為二進(jìn)制碼)。如果Vmax < Vth low,則DN = 0，UP = 1，校正裝置的數(shù)字模塊會(huì)增大相應(yīng)的電容控制碼。上述的負(fù)反饋過程一直進(jìn)行到Vth < Vmax < Vth high,此時(shí)DN = 0，UP = 0，此時(shí)校正裝置的數(shù)字模塊不改變當(dāng)前的電容控制碼，并給出一個(gè)校正結(jié)束信號(hào)。此時(shí)，RC被設(shè)定在如下范圍內(nèi)
權(quán)利要求
1.一種濾波器時(shí)間常數(shù)的校正裝置，其特征在于，包括模擬模塊，用于計(jì)算所述濾波器的時(shí)間常數(shù)Re，即所述濾波器的待校正電阻R與待校正電容C的乘積，并得到指示RC乘積量的信號(hào)，所述待校正電容由多個(gè)相同的另一電容串聯(lián)而成；數(shù)字模塊，與所述模擬模塊電連接，用于接收所述模擬模塊發(fā)出的指示RC乘積量的信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)通過計(jì)數(shù)的方式得到指示RC乘積量的數(shù)字碼，然后根據(jù)該數(shù)字碼計(jì)算校正后的電容控制碼，以控制濾波器的每一電容，即所述另一電容。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模擬模塊包括相互連接的充電電路和比較電路，所述充電電路用于為待校正電容充電，所述比較電路用于對(duì)充電結(jié)束電壓與指示充電結(jié)束的閥值電壓Vth進(jìn)行比較，得到指示RC乘積量的信號(hào)，輸出給所述數(shù)字模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述充電電路包括第一運(yùn)算放大器OPAl，具有正輸入端Vkefi及負(fù)輸入端；所述負(fù)輸入端連接所述待校正電阻R的一端，所述待校正電阻R的另一端接地；第一匪OS管NMOSl，所述第一匪OS管匪OSl的源極與所述第一運(yùn)算放大器OPAl的負(fù)輸入端電連接，柵極與所述第一運(yùn)算放大器OPAl的輸出端電連接；第二運(yùn)算放大器0PA2，具有正輸入端Vkef2及負(fù)輸入端，正輸入端接電壓源VKEF2，負(fù)輸入端電連接所述第一 NMOS管NMOSl的漏極；開關(guān)Sl及待校正電容C，所述開關(guān)Sl與待校正電容C并聯(lián)，并聯(lián)的兩端分別與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的負(fù)輸入端和輸出端電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述比較電路包括第一比較器C0MP1，所述第一比較器COMPl的正輸入端電連接用于指示充電結(jié)束的閥值電壓Vth，所述第一比較器COMPl的負(fù)輸入端與所述第二運(yùn)算放大器0PA2的輸出端電連接；第一比較器COMPl的輸出端END電連接所述數(shù)字模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模擬模塊還包括電源及電源控制模塊， 用于在校正結(jié)束后關(guān)閉所述電源，所述數(shù)字模塊包括高速時(shí)鐘和時(shí)鐘控制模塊，用于在校正結(jié)束后關(guān)閉所述高速時(shí)鐘。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述開關(guān)為CMOS開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述濾波器為有源RC濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濾波器時(shí)間常數(shù)的校正裝置，涉及片上濾波器技術(shù)領(lǐng)域，包括模擬模塊，用于計(jì)算所述濾波器的時(shí)間常數(shù)RC，即所述濾波器的待校正電阻R與待校正電容C的乘積，并得到指示RC乘積量的信號(hào)，所述待校正電容由多個(gè)相同的另一電容串聯(lián)而成；數(shù)字模塊，與所述模擬模塊電連接，用于接收所述模擬模塊發(fā)出的指示RC乘積量的信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)通過計(jì)數(shù)的方式得到指示RC乘積量的數(shù)字碼，然后根據(jù)該數(shù)字碼計(jì)算校正后的電容控制碼，以控制濾波器的每一電容，即所述另一電容。本發(fā)明提高了校正速度、降低了功耗。
文檔編號(hào)H03L1/00GK102281056SQ20111008683
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者楊華中, 趙博, 陳濤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)