多模式可配置濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種濾波器，尤其是一種多模式可配置濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]濾波器是模擬電路中最重要的模塊之一，在電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛。一個產(chǎn)品的優(yōu)劣，往往取決于這個產(chǎn)品電路中濾波器性能。
[0003]目前，集成電路濾波器主要使用連續(xù)時間濾波器和開關(guān)電容濾波器這兩種。其中，連續(xù)時間模擬濾波器能夠應(yīng)用到較高的頻率，它的傳輸函數(shù)系數(shù)由跨導(dǎo)和電容值來決定，精度和線性度不好，零極點控制復(fù)雜，受工藝影響大；而開關(guān)電容濾波器傳輸函數(shù)取決于電容比，與工藝參數(shù)無關(guān)，傳輸函數(shù)精度高，且用較小電容實現(xiàn)大電阻，節(jié)省面積，利于集成，滿足高集成度、高精度、低功耗等設(shè)計方向?？膳渲枚嗄V波器，相對于普通濾波器，具有可以通過控制使同一電路工作在低通、帶通等不同模式的優(yōu)點。
[0004]現(xiàn)有的可配置多模濾波器，只能配置工作在簡單的低通、帶通工作，其工作模式非常單一。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種多模式可配置濾波器，解決現(xiàn)有的可配置多模濾波器，只能配置工作在簡單的低通、帶通等單一工作模式的不足。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種多模式可配置濾波器，所述可配置多模濾波器由模擬信號處理中心、數(shù)字控制中心和參考電壓電流源組成，所述模擬信號處理中心由低通帶通復(fù)用濾波器、遲滯比較器、輸入級和輸出級構(gòu)成，所述低通帶通復(fù)用濾波器連接有遲滯比較器、輸入級和輸出級；所述數(shù)字控制中心由SP1、時鐘模塊、邏輯控制單元、采樣時鐘選擇單元、計數(shù)器和存儲寄存器構(gòu)成，所述邏輯控制單元連接有SP1、采樣時鐘選擇單元和存儲寄存器，所述采樣時鐘選擇單元和邏輯控制單元均與模擬信號處理中心中的低通帶通復(fù)用濾波器相連，所述時鐘模塊連接有計數(shù)器和存儲寄存器，所述計數(shù)器與存儲寄存器和模擬信號處理中心中的遲滯比較器連接。
[0008]優(yōu)選的，所述低通帶通復(fù)用濾波器是由兩個低Q值二階開關(guān)電容電路級聯(lián)而成的四階巴特沃斯濾波器。
[0009]優(yōu)選的，所述遲滯比較器中設(shè)有正反兩條反饋通路，當(dāng)正反饋系數(shù)大于負反饋系數(shù)時，遲滯電壓才產(chǎn)生。
[0010]優(yōu)選的，所述輸入級采用雙采樣結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于消除放大器失調(diào)影響和降低1/f噪聲。
[0011]優(yōu)選的，所述輸出級是一個AB類運算放大器，其靜態(tài)電流對工藝變化不敏感。
[0012]優(yōu)選的，所述存儲寄存器中設(shè)有一個遲滯比較值，當(dāng)計數(shù)器結(jié)果變動小于該值時，判定是由環(huán)境噪聲造成的，保持配置多模濾波器工作狀態(tài)不變；當(dāng)計數(shù)結(jié)果變動大于遲滯比較值時，判定變化是由輸入信號基頻變動造成的，配置多模濾波器自適應(yīng)地跟隨變化輸入信號基頻率改變工作狀態(tài)。
[0013]本實用新型可配置多模濾波器有兩種工作模式即固定模式和自適應(yīng)模式，其是通過SPI來進行配置的:
[0014](I)當(dāng)工作在固定模式時，可配置多模濾波器可配置為旁路工作模式、低通濾波器、Q = 2的帶通濾波器和Q = 4的帶通濾波器共四種模式的一種，濾波器的帶寬或中心頻率可根據(jù)需要通過 SPI 配置為 8kHz，10kHz、12。5kHz、16kHz、20kHz、25kHz、32kHz 和 40kHz的一種頻率。輸入信號Vin通過輸入級輸入到多模濾波器，處理后直接通過輸出級輸出V wt。
[0015](2)當(dāng)工作在自適應(yīng)模式時，可以根據(jù)輸入信號的頻率來選擇合適的低通或帶通濾波器來對輸入信號進行處理，此時，輸入信號Vin通過輸入級到多模濾波器，輸出信號V out通過輸出級輸出，同時由遲滯比較器、計數(shù)器、存儲寄存器組成的實時反饋回路反饋到邏輯控制單元，選擇低通或帶通，跟隨輸入信號基頻變化自適應(yīng)低通的截止頻率或帶通濾波器中心頻率，來濾除信號的低頻噪聲和高頻噪聲。
[0016]本實用新型的有益效果是:
[0017]采用數(shù)字控制中心對濾波器模式進行配置，可以使濾波器工作在旁路模式、低通、帶通和自適應(yīng)模式，采用遲滯比較器和存儲寄存器提高了抗干擾能力，性能良好。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的可配置多模濾波器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2是本實用新型的低通帶通復(fù)用濾波器的電路圖；
[0020]圖3是本實用新型的遲滯比較器的電路圖；
[0021]圖4是本實用新型的輸入級的電路圖；
[0022]圖5是本實用新型的輸出級的電路圖。
[0023]圖中標(biāo)號為:1-模擬信號處理中心，11-低通帶通復(fù)用濾波器，12-遲滯比較器，13-輸入級，14-輸出級，2-數(shù)字控制中心，21-SPI，22-時鐘模塊，23-邏輯控制單元，24-采樣時鐘選擇單元，25-計數(shù)器，26-存儲寄存器，3-參考電壓電流源。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0025]一種多模式可配置濾波器，如圖1所示，所述可配置多模濾波器由模擬信號處理中心1、數(shù)字控制中心2和參考電壓電流源3組成，所述模擬信號處理中心I由低通帶通復(fù)用濾波器11、遲滯比較器12、輸入級13和輸出級14構(gòu)成，所述低通帶通復(fù)用濾波器11連接有遲滯比較器12、輸入級13和輸出級14 ;所述數(shù)字控制中心2由SPI 21、時鐘模塊22、邏輯控制單元23、采樣時鐘選擇單元24、計數(shù)器25和存儲寄存器26構(gòu)成，所述邏輯控制單元23連接有SPI 21、采樣時鐘選擇單元24和存儲寄存器26，所述采樣時鐘選擇單元24和邏輯控制單元23均與模擬信號處理中心I中的低通帶通復(fù)用濾波器11相連，所述時鐘模塊22連接有計數(shù)器25和存儲寄存器26，所述計數(shù)器25與存儲寄存器26和模擬信號處理中心2中的遲滯比較器12連接。
[0026]所述低通帶通復(fù)用濾波器11是由兩個低Q值二階開關(guān)電容電路級聯(lián)而成的四階巴特沃斯濾波器，如圖2所示。圖中的開關(guān)PO、Pl和P2控制選擇采樣電容和反饋電容，實現(xiàn)電容復(fù)用，使濾波器工作在三種不同的濾波模式:低通、Q = 2的帶通和Q = 4的帶通。濾波器中的運放為基于開關(guān)電容共模反饋的套筒式全差分放大器，提供濾波器所需的高開環(huán)增益和高輸入電阻。同時通過增大運放的輸入對管面積等技術(shù)降低運放的失調(diào)電壓。
[0027]所述遲滯比較器12中設(shè)有正反兩條反饋通路，如圖3所示，當(dāng)正反饋系數(shù)大于負反饋系數(shù)時，遲滯電壓才產(chǎn)生。圖中M6與M7結(jié)構(gòu)相同，共有兩條反饋通路:M5引入的電流串聯(lián)負反饋；M6、M7產(chǎn)生的電壓并聯(lián)正反饋。只有當(dāng)β6/β3>1，遲滯電壓才產(chǎn)生且可遲滯電壓隨信號噪聲的大小進行調(diào)整，提高抗干擾能力。
[0028]所述輸入級13采用雙采樣結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖4所示，用于消除放大器失調(diào)影響和降低Ι/f噪聲。輸入級實現(xiàn)兩個功能:將單端輸入信號轉(zhuǎn)換為差分信號；調(diào)節(jié)共模電壓，適應(yīng)低通濾波器輸入共模電壓范圍。輸出信號只與輸入信號有關(guān)，與放大器失調(diào)電壓無關(guān)，因此消除了失調(diào)對放大器性能的影響。
[0029]所述輸出級14是一個AB類運算放大器，如圖5所不，MO?M4構(gòu)成第一級差分輸入級；M5?MlO構(gòu)成第二級同相放大器，其中M7(M9)構(gòu)成的反相放大器以柵漏端相連的Mil (M13)作為負載，和前級M6和M5 —起構(gòu)成第二級同相放大器；M11?M14構(gòu)成AB類輸出級。由于柵漏端相連的Mil (M13)可看作二極管負載，較小的等效電阻降低了第二級同相放大器的增益，A(B)點的電壓隨工藝的變化較小，因此其靜態(tài)電流對工藝變化不敏感。
[0030]所述存儲寄存器26中設(shè)有一個遲滯比較值，當(dāng)計數(shù)器結(jié)果變動小于該值時，判定是由環(huán)境噪聲造成的，保持配置多模濾波器工作狀態(tài)不變；當(dāng)計數(shù)結(jié)果變動大于遲滯比較值時，判定變化是由輸入信號基頻變動造成的，配置多模濾波器自適應(yīng)地跟隨變化輸入信號基頻率改變工作狀態(tài)。
【主權(quán)項】
1.一種多模式可配置濾波器，其特征在于:所述可配置多模濾波器由模擬信號處理中心(I)、數(shù)字控制中心⑵和參考電壓電流源⑶組成，所述模擬信號處理中心⑴由低通帶通復(fù)用濾波器(11)、遲滯比較器(12)、輸入級(13)和輸出級(14)構(gòu)成，所述低通帶通復(fù)用濾波器(11)連接有遲滯比較器(12)、輸入級(13)和輸出級(14);所述數(shù)字控制中心(2)由SPI (21)、時鐘模塊(22)、邏輯控制單元(23)、采樣時鐘選擇單元(24)、計數(shù)器(25)和存儲寄存器(26)構(gòu)成，所述邏輯控制單元(23)連接有SPI (21)、采樣時鐘選擇單元(24)和存儲寄存器(26)，所述采樣時鐘選擇單元(24)和邏輯控制單元(23)均與模擬信號處理中心(I)中的低通帶通復(fù)用濾波器(11)相連，所述時鐘模塊(22)連接有計數(shù)器(25)和存儲寄存器(26)，所述計數(shù)器(25)與存儲寄存器(26)和模擬信號處理中心(I)中的遲滯比較器(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式可配置濾波器，其特征在于:所述低通帶通復(fù)用濾波器(11)是由兩個低Q值二階開關(guān)電容電路級聯(lián)而成的四階巴特沃斯濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式可配置濾波器，其特征在于:所述遲滯比較器(12)中設(shè)有正反兩條反饋通路，當(dāng)正反饋系數(shù)大于負反饋系數(shù)時，遲滯電壓才產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式可配置濾波器，其特征在于:所述輸入級(13)采用雙采樣結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于消除放大器失調(diào)影響和降低Ι/f噪聲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模式可配置濾波器，其特征在于:所述存儲寄存器(26)中設(shè)有一個遲滯比較值，當(dāng)計數(shù)器結(jié)果變動小于該值時，判定是由環(huán)境噪聲造成的，保持配置多模濾波器工作狀態(tài)不變；當(dāng)計數(shù)結(jié)果變動大于遲滯比較值時，判定變化是由輸入信號基頻變動造成的，配置多模濾波器自適應(yīng)地跟隨變化輸入信號基頻率改變工作狀態(tài)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種多模式可配置濾波器，其由模擬信號處理中心、數(shù)字控制中心和參考電壓電流源組成，模擬信號處理中心由低通帶通復(fù)用濾波器、遲滯比較器、輸入級和輸出級構(gòu)成，數(shù)字控制中心由SPI、時鐘模塊、邏輯控制單元、采樣時鐘選擇單元、計數(shù)器和存儲寄存器構(gòu)成。本實用新型提供的一種多模式可配置濾波器，采用數(shù)字控制中心對濾波器模式進行配置，可以使濾波器工作在旁路模式、低通、帶通和自適應(yīng)模式，采用遲滯比較器和存儲寄存器提高了抗干擾能力，性能良好。
【IPC分類】H03H17-02
【公開號】CN204517770
【申請?zhí)枴緾N201520173441
【發(fā)明人】胡興志, 王紀坤
【申請人】華北科技學(xué)院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月26日