本發(fā)明屬于濾波器領(lǐng)域，特別涉及一種用于多模零中頻接收機(jī)的寬調(diào)節(jié)范圍的Gm-C濾波器。

背景技術(shù)：

濾波器是消除噪聲，提取特征信息的系統(tǒng)。它使一種頻率的信號分量(噪聲)大幅度衰減，使另一種頻率的信號分量信號順利通過，從而實(shí)現(xiàn)濾除噪聲，提取目標(biāo)信息的作用。模擬濾波器分為無源濾波器和有源濾波器。其中有源濾波器由于其面積小，功耗小，易于集成等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。有源濾波器可分為Active-RC濾波器、開關(guān)電容濾波器和Gm-C濾波器。由于受到運(yùn)算放大器增益、帶寬的限制，Active-RC濾波器和開關(guān)電容濾波器僅僅適合于低中頻的應(yīng)用。Gm-C濾波器，工作于開環(huán)的狀態(tài)下，受到運(yùn)放的帶寬限制較小，對于低頻到高頻狀態(tài)均適用。因此,Gm-C濾波器成為了在無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)。由于不同的通信系統(tǒng)(藍(lán)牙，WCDMA，LTE，ANDW-LAN)使用不同的信道帶寬，為了支持多標(biāo)準(zhǔn)通信，同時減小體積和降低成本，多模接收機(jī)得到了廣泛的研究和關(guān)注。多模濾波器是多模接收機(jī)的關(guān)鍵組成部分，在零中頻接收機(jī)中，低通濾波器被用在下變頻混頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間。

通常，Gm-C濾波器的頻率調(diào)節(jié)可以通過控制開關(guān)電容陣列或者可調(diào)跨導(dǎo)放大器來實(shí)現(xiàn)。其中通過可調(diào)跨導(dǎo)放大器實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)是連續(xù)型的，但是綜合考慮線性度，噪聲和功率消耗等方面，單一的跨導(dǎo)放大器很難實(shí)現(xiàn)寬范圍的頻率調(diào)節(jié)。為了擴(kuò)展跨導(dǎo)放大器的固有調(diào)節(jié)范圍，可以通過開關(guān)電容陣列實(shí)現(xiàn)頻率的離散調(diào)節(jié)，如圖1所示。但是由于開關(guān)與電容串聯(lián)，將會產(chǎn)生很大的寄生效應(yīng)。當(dāng)濾波器的截止頻率最大時，電容值最小，熱噪聲很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)具有寬調(diào)節(jié)范圍的濾波器，同時有效地減小寄生效應(yīng)以及提高信號噪聲比，本發(fā)明提出一種用于多模零中頻接收機(jī)的三階低通Gm-C濾波器，該濾波器在截止頻率的調(diào)節(jié)過程中保持電容的最大化，從而最大化了信號噪聲比。此外，由于在信號通路上不存在開關(guān)，有效地避免了寄生電阻以及開關(guān)非線性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種用于多模零中頻接收機(jī)的三階低通Gm-C濾波器，該濾波器包括第一跨導(dǎo)放大器模塊、第二跨導(dǎo)放大器模塊和8個開關(guān)；所述第一跨導(dǎo)放大器模塊和第二跨導(dǎo)放大器模塊并聯(lián)，所述第一跨導(dǎo)放大器模塊包括6個跨導(dǎo)放大器和6個電容模塊，第一跨導(dǎo)放大器模塊中的6個跨導(dǎo)放大器分別記作Gm1、Gm2、Gm3、Gm4、Gm5和Gm6，6個電容模塊分別記作電容模塊C11、電容模塊C12、電容模塊C21、電容模塊C22、電容模塊C31和電容模塊C32；所述第二跨導(dǎo)放大器模塊包括6個跨導(dǎo)放大器，分別記作Gm7、Gm8、Gm9、Gm10、Gm11和Gm12；所述8個開關(guān)記作開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4、開關(guān)S5、開關(guān)S6、開關(guān)S7、開關(guān)S8；上述各器件之間的連接關(guān)系如下：

Gm1的正輸入端與開關(guān)S1相連作為濾波器的正輸入端；Gm1的負(fù)輸入端與開關(guān)S2相連作為濾波器的負(fù)輸入端；Gm1的負(fù)輸出端同時與Gm2的正輸入端、Gm2的負(fù)輸出端、Gm3的正輸入端、開關(guān)S3以及電容模塊C11相連；Gm1的正輸出端同時與Gm2的負(fù)輸入端、Gm2的正輸出端、Gm3的負(fù)輸入端、開關(guān)S4以及電容模塊C12相連；

Gm3的正輸出端同時與Gm4的負(fù)輸出端、Gm5的正輸入端、開關(guān)S5以及電容模塊C21相連；Gm3的負(fù)輸出端同時與Gm4的正輸出端、Gm5的負(fù)輸入端、開關(guān)S6以及電容模塊C22相連；

Gm5的正輸出端同時與Gm6的正輸入端、Gm6的負(fù)輸出端、Gm4的正輸入端、開關(guān)S7以及電容模塊C31相連；Gm5的負(fù)輸出端同時與Gm6的負(fù)輸入端、Gm6的正輸出端、Gm4的負(fù)輸入端、開關(guān)S8以及電容模塊C32相連；

Gm6的負(fù)輸出端作為濾波器的正輸出端，Gm6的正輸出端作為濾波器的負(fù)輸出端；

Gm7的正輸入端與開關(guān)S1相連，Gm7的負(fù)輸入端與開關(guān)S2相連，Gm7的負(fù)輸出端同時與Gm8的正輸入端、Gm8的負(fù)輸出端、Gm9的正輸入端以及開關(guān)S3相連；Gm7的正輸出端同時與Gm8的負(fù)輸入端、Gm8的正輸出端、Gm9的負(fù)輸入端以及開關(guān)S4相連；

Gm9的正輸出端同時與Gm10的負(fù)輸出端、Gm11的正輸入端以及開關(guān)S5相連；Gm9的負(fù)輸出端同時與Gm10的正輸出端、Gm11的負(fù)輸入端以及開關(guān)S6相連；

Gm11的正輸出端同時與Gm12的正輸入端、Gm12的負(fù)輸出端、Gm10的正輸入端以及開關(guān)S7相連；Gm11的負(fù)輸出端同時與Gm12的負(fù)輸入端、Gm12的正輸出端、Gm10的負(fù)輸入端以及開關(guān)S8相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明濾波器在頻率調(diào)節(jié)過程中維持電容的最大化，擁有最大的信號噪聲比。同時有效地避免了寄生電阻以及開關(guān)非線性，使其滿足了寬可調(diào)范圍的Gm-C濾波器的設(shè)計。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的利用開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)節(jié)的三階低通Gm-C濾波器的結(jié)構(gòu)；

圖2是本發(fā)明利用開關(guān)跨導(dǎo)放大器實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)節(jié)的三階低通Gm-C濾波器的結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實(shí)施例僅對本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。

本發(fā)明提出的一種用于多模零中頻接收機(jī)的三階低通Gm-C濾波器，其設(shè)計思路是通過可調(diào)跨導(dǎo)放大器以及開關(guān)跨導(dǎo)放大器共同實(shí)現(xiàn)了大范圍的調(diào)節(jié)。其中，可調(diào)跨導(dǎo)放大器實(shí)現(xiàn)了濾波器截止頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)，是該濾波器的細(xì)調(diào)機(jī)制。開關(guān)跨導(dǎo)放大器實(shí)現(xiàn)了濾波器截止頻率的離散調(diào)節(jié)，是該濾波器的粗調(diào)機(jī)制。

如圖2所示，本發(fā)明提出的一種用于多模零中頻接收機(jī)的三階低通Gm-C濾波器，該濾波器包括第一跨導(dǎo)放大器模塊、第二跨導(dǎo)放大器模塊和8個開關(guān)。

所述第一跨導(dǎo)放大器模塊和第二跨導(dǎo)放大器模塊并聯(lián)。

所述第一跨導(dǎo)放大器模塊包括6個跨導(dǎo)放大器和6個電容模塊，其中的6個跨導(dǎo)放大器分別記作Gm1、Gm2、Gm3、Gm4、Gm5和Gm6，6個電容模塊分別記作電容模塊C11、電容模塊C12、電容模塊C21、電容模塊C22、電容模塊C31和電容模塊C32。

所述第二跨導(dǎo)放大器模塊包括6個跨導(dǎo)放大器，分別記作Gm7、Gm8、Gm9、Gm10、Gm11和Gm12。

所述8個開關(guān)記作開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4、開關(guān)S5、開關(guān)S6、開關(guān)S7、開關(guān)S8。

上述各器件(即包括上述12個跨導(dǎo)放大器、6個電容模塊和8個開關(guān))之間的連接關(guān)系如下：

Gm1的正輸入端與開關(guān)S1相連作為濾波器的正輸入端；Gm1的負(fù)輸入端與開關(guān)S2相連作為濾波器的負(fù)輸入端；Gm1的負(fù)輸出端同時與Gm2的正輸入端、Gm2的負(fù)輸出端、Gm3的正輸入端、開關(guān)S3以及電容模塊C11相連；Gm1的正輸出端同時與Gm2的負(fù)輸入端、Gm2的正輸出端、Gm3的負(fù)輸入端、開關(guān)S4以及電容模塊C12相連。

Gm3的正輸出端同時與Gm4的負(fù)輸出端、Gm5的正輸入端、開關(guān)S5以及電容模塊C21相連；Gm3的負(fù)輸出端同時與Gm4的正輸出端、Gm5的負(fù)輸入端、開關(guān)S6以及電容模塊C22相連。

Gm5的正輸出端同時與Gm6的正輸入端、Gm6的負(fù)輸出端、Gm4的正輸入端、開關(guān)S7以及電容模塊C31相連；Gm5的負(fù)輸出端同時與Gm6的負(fù)輸入端、Gm6的正輸出端、Gm4的負(fù)輸入端、開關(guān)S8以及電容模塊C32相連。

Gm6的負(fù)輸出端作為濾波器的正輸出端，Gm6的正輸出端作為濾波器的負(fù)輸出端。

Gm7的正輸入端與開關(guān)S1相連，Gm7的負(fù)輸入端與開關(guān)S2相連，Gm7的負(fù)輸出端同時與Gm8的正輸入端、Gm8的負(fù)輸出端、Gm9的正輸入端以及開關(guān)S3相連；Gm7的正輸出端同時與Gm8的負(fù)輸入端、Gm8的正輸出端、Gm9的負(fù)輸入端以及開關(guān)S4相連。

Gm9的正輸出端同時與Gm10的負(fù)輸出端、Gm11的正輸入端以及開關(guān)S5相連；Gm9的負(fù)輸出端同時與Gm10的正輸出端、Gm11的負(fù)輸入端以及開關(guān)S6相連。

Gm11的正輸出端同時與Gm12的正輸入端、Gm12的負(fù)輸出端、Gm10的正輸入端以及開關(guān)S7相連；Gm11的負(fù)輸出端同時與Gm12的負(fù)輸入端、Gm12的正輸出端、Gm10的負(fù)輸入端以及開關(guān)S8相連。

本發(fā)明用于多模零中頻接收機(jī)的三階低通Gm-C濾波器的工作原理如下：

(1)當(dāng)開關(guān)控制第一跨導(dǎo)放大器模塊與第二跨導(dǎo)放大器模塊斷開時，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的濾波器工作在低頻調(diào)節(jié)模式。此時濾波器由第一跨導(dǎo)放大器模塊組成，即包括6個跨導(dǎo)放大器：Gm1，Gm2，Gm3，Gm4，Gm5，Gm6以及6個電容模塊：C11，C12，C21，C22，C31，C32。其中跨導(dǎo)放大器Gm1和Gm2以及電容模塊C11和C12組成了一階濾波器，令電容模塊C11和C12的電容值相等：C11＝C12＝C₁，則傳輸函數(shù)可以表示為

$H1\left(s\right)=\frac{V_{O1}\left(s\right)}{V_i\left(s\right)}=\frac{G_{m1}/C_1}{s+G_{m2}/C_1}$

其中，V_O1為跨導(dǎo)放大器Gm2負(fù)正輸出端的電壓，V_i為跨導(dǎo)放大器Gm1正負(fù)輸入端的電壓。G_m1，G_m2分別為跨導(dǎo)放大器Gm1，Gm2的跨導(dǎo)值。

跨導(dǎo)放大器Gm3、Gm4、Gm5和Gm6以及電容模塊C21、C22、C31和C32組成了二階濾波器，令電容模塊C21和C22的電容值相等：C21＝C22＝C₂，電容模塊C31和C32的電容值相等：C31＝C32＝C₃，則傳輸函數(shù)可以表示為

$H2\left(s\right)=\frac{V_O\left(s\right)}{V_{O1}\left(s\right)}=\frac{G_{m3}{G}_{m5}/C_2{C}_3}{s^2+\frac{G_{m6}}{C_3}s+G_{m4}{G}_{m5}/C_2{C}_3}$

其中，V_O為跨導(dǎo)放大器Gm6的負(fù)正輸出端的電壓，G_m3，G_m4，G_m5，G_m6分別為跨導(dǎo)放大器Gm3、Gm4、Gm5和Gm6的跨導(dǎo)值。

因此，第一跨導(dǎo)放大器模塊的傳輸函數(shù)為

$H\left(s\right)=H1\left(s\right)\×H2\left(s\right)=\frac{G_{m1}/C_1}{s+G_{m2}/C_1}*\frac{G_{m3}{G}_{m5}/C_2{C}_3}{s^2+\frac{G_{m6}}{C_3}s+G_{m4}{G}_{m5}/C_2{C}_3}$

當(dāng)G_m1＝G_m2＝G_m3＝G_m4＝G_m5＝G_m6＝G_m，C₁＝C₂＝C₃＝C時，

$f_c=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{G_m}{C}$

其中，f_c為第一跨導(dǎo)放大器模塊的截止頻率。對于單一的可調(diào)跨導(dǎo)放大器，當(dāng)其跨導(dǎo)值的變化為則在電容維持不變的時候，截止頻率的變化為變化范圍為到

(2)當(dāng)開關(guān)控制將第二跨導(dǎo)放大器模塊與第一跨導(dǎo)放大器模塊模塊并聯(lián)在一起，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的濾波器工作在高頻調(diào)節(jié)模式。令第二跨導(dǎo)放大器模塊中6個跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)值相等，即：G_m7＝G_m8＝G_m9＝G_m10＝G_m11＝G_m12＝xG_m，其中G_m7，G_m8，G_m9，G_m10，G_m11，G_m12分別為跨導(dǎo)放大器Gm7、Gm8、Gm9、Gm10、Gm11和Gm12的跨導(dǎo)值。此時，截止頻率的變化范圍為到截止頻率的變化倍數(shù)仍然等于單一跨導(dǎo)放大器的固有變化倍數(shù)α，為了實(shí)現(xiàn)該濾波器的大范圍的連續(xù)調(diào)節(jié)，應(yīng)該使即x＝α-1。此時本發(fā)明結(jié)構(gòu)的濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)的截止頻率的最大變化范圍是到變化倍數(shù)為α²。本發(fā)明濾波器由于在信號通路上不存在開關(guān)，有效地避免了寄生電阻以及非線性對濾波器的影響。同時保持電容值的最大化，獲得了最大的信號噪聲比。

在具體工作過程中，需要根據(jù)濾波器截止頻率的變化倍數(shù)來確定跨導(dǎo)放大器的調(diào)節(jié)倍數(shù)，并根據(jù)截止頻率的變化范圍來確定電容模塊的取值。通過開關(guān)控制第二跨導(dǎo)放大器模塊的接入和與第一跨導(dǎo)放大器模塊的斷開，以實(shí)現(xiàn)濾波器工作模式(低頻，高頻)的調(diào)節(jié)。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。