一种阶数与类型皆可重构的滤波器
阅读说明：本技术 一种阶数与类型皆可重构的滤波器 (Filter with reconfigurable order and type ) 是由 刘新宁 陈超 于 2021-01-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阶数与类型皆可重构的滤波器,包括I路信号通道和Q路信号通道,交叉藕合电路以及控制逻辑,I路信号超前Q路信号90度,通过交叉耦合电路连接实现频谱搬移,控制逻辑产生控制信号实现中频的可调节。I路信号通道和Q路信号通道中的开关切换可以实现滤波器阶数与类型的转换,以满足不同的需求。本发明不采用传统的固定阻值的交叉耦合电阻,能够有效的避免因极端工艺角下出现的电阻变化,导致的中频频率偏移,流片后的芯片良率差的问题,而且本发明可以作为一阶或者二阶的基本单元,对其进行级联以更高阶的中频可控的带通或低通滤波器,相比较同类滤波器此架构功耗也较低。(The invention discloses a filter with reconfigurable orders and types, which comprises an I-path signal channel, a Q-path signal channel, a cross coupling circuit and control logic, wherein the I-path signal leads the Q-path signal by 90 degrees, the frequency spectrum shifting is realized through the connection of the cross coupling circuit, and the control logic generates a control signal to realize the adjustment of intermediate frequency. The switching of the switches in the I-path signal channel and the Q-path signal channel can realize the conversion of the order and the type of the filter so as to meet different requirements. The invention does not adopt the traditional cross coupling resistor with fixed resistance value, can effectively avoid the problems of intermediate frequency shift and poor chip yield after chip flow caused by resistance change under extreme process angles, can be used as a first-order or second-order basic unit, can be cascaded to form a higher-order intermediate frequency controllable band-pass or low-pass filter, and has lower power consumption compared with the similar filter.)
技术领域
本发明 属于滤波器技术领域，尤其涉及一种阶数与类型皆可重构的滤波器。
背景技术
在当今的无线射频系统中，接收机很多采用低中频的结构，这种结构中射频信号被正交下变频到低中频，有效的避免了直流失调，同时减小了1/f噪声。采用正交变频，在理想情况下，可以有效的抑制镜像信号的干扰，因而低中频结构的接收发机成为当前的主流结构。在低中频的接收发机中，接收前端需要对信号进行复数滤波以降低镜像干扰，在发射端需要对信号进行模数转换，然后需要用低通滤波器抑制高频噪声信号。复数滤波器是由低通滤波器经过频谱搬移得到的，现有的复数滤波器在频谱搬移的过程中，一般选择交叉藕合电阻是固定值，这样选择会增大中频的不确定性,在极端工艺角下电阻变化会很大，导致中频频率的偏移 ，流片后的芯片良率不高。而且，低通和带通的可重构滤波器既可节省面积，也可以节省功耗。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种阶数与类型皆可重构的滤波器，本发明通过利用交叉藕合电路实现射频I路通道和射频Q通道的频谱搬移，并利用外围控制逻辑产生控制信号控制交叉藕合电路的第一模块、第二模块、第三模块和第四模块的电阻阵列阻值，实现调节复数滤波器的中频的功能，进而避免了因使用固定阻值的交叉藕合电阻，在极端工艺角下出现的因电阻阻值的变化，导致中频偏移，流片后的芯片良率不高的情况。并且该结构可以通过控制开关实现阶数和滤波器功能的切换，以应对不同的性能要求。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种阶数与类型皆可重构的滤波器，包含I路信号通道和Q路信号通道，交叉藕合电路，
所述I路信号通道和Q路信号通道，用于实现二阶低通滤波；
交叉耦合电路，用于连接实现频谱搬移外围控制逻辑产生控制信号控制交叉耦合电路，实现中频的调节。
作为本发明一种阶数与类型皆可重构的滤波器的进一步优选方案，所述I路信号通道包含第一射频信号I路的正极输入端、第一射频信号I路的负极输入端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一运放、第一射频信号I路的正极输出端，第一射频信号I路的负极输入端；
其中，第一射频信号I路的正极输入端接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第一电容的正端和第四电阻的一端相接，第四电阻的另一端与第三开关的一端相连，第三开关的另一端与第一运放的正极输出端相连，第二电阻的另一端分别与第一运放的正极输入端相接；第二电容的负端分别与第一运放的负极输出端、第三电阻的一端相接， 第二电容的正端分别与第一运放的正极输入端、第三电阻的一端相接；第一运放的负极输出端为第一射频信号I路的负极输出端，第一运放的正极输出端为第一射频信号I路的正极输出端 ；第一射频信号I路的负极输入端接第六电阻的一端，第六电阻的另一端分别与第七电阻的一端、第一开关的一端，第五电阻的一端相连；第一开关的另一端与第一电容的负端相连，第五电阻的另一端与第四开关的一端相连；第四开关的另一端与第一运放的输出负端相连，第七电阻的另一端分别与第三电容的正极，第八电阻(R8)的一端和第一运放的负极输入端相接；第八电阻(R8)的另一端分别与第二运放的正极输出端、第三电容的负端相接。
作为本发明一种阶数与类型皆可重构的滤波器的进一步优选方案，所述Q路信号通道包含第二射频信号Q路的正极输入端、第一射频信号Q路的负极输出端、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第四电容、第五电容、第六电容、第二运放、第一射频信号Q路的正极输出端、第二射频信号Q路的负极输入端；
其中，第二射频信号Q路的正极输入端接第九电阻的一端，第九电阻的另一端分别与第十电阻的一端、第四电容正端和第十二电阻一端相接，第十二电阻的另一端与第五开关的一端，第五开关的另一端与第二运放的输出正端相连；第十电阻(R10)的另一端分别与第二运放的输入正端、第五电容的正端相接；第五电容的负端分别与第二运放的输出负端、第十一电阻一端相接，第五电容的正端分别与第二运放的输入正端、第十一电阻的一端相接，第二运放的输出负端为第一射频信号Q路的负极输出端，第二运放的输出正端为第一射频信号Q路的输出正极，第二射频信号Q路的负极输入端接第十四电阻的一端，第十四电阻的另一端分别与第十五电阻的一端、第十三电阻的一端、第二开关的一端相连，第二开关的另一端与第四电容负端，第十三电阻的另一端与第六开关的一端，第六开关的另一端第二运放的负极输出端相连；第十五电阻的另一端分别与第六电容的正极，第十六电阻的一端和第二运放的负极输入端相接，第十六电阻的另一端分别与第二运放的正极输出端、第六电容的负端相接。
作为本发明一种阶数与类型皆可重构的滤波器的进一步优选方案，所述交叉耦合电路包含第一交叉耦合模块、第二交叉耦合模块、第二交叉耦合模块、第二交叉耦合模块和控制逻辑；
其中，第一交叉耦合模块的一端接第七开关的一端，第七开关的另一端接第一运放的正极输入端，第一交叉耦合模块的另一端接第二运放的负极输出端，第二交叉耦合模块的一端接第八开关的一端，第八开关的另一端接第一运放的负极输入端，第二交叉耦合模块的另一端接第二运放的正极输出端；第三交叉耦合模块的一端接第九开关的一端，第九开关的另一端接第一运放的正极输出端，第三交叉耦合模块的另一端接第二运放的正极输入端，第四交叉耦合模块的一端接第十开关的一端，第十开关的另一端第一运放的负极输出端，第四交叉耦合模块的另一端接第二运放的输入正端，交叉耦合电路四个模块结构相同，控制逻辑产生的控制信号S1—Sn分别接M1—Mn的栅极；M1—Mn的源级接R1—Rn的一端；Rconstant电阻分别接M1—Mn的漏级。
有益效果：可实现滤波器，相比现有技术，具有以下效果：
本发明用交叉耦合模块替换传统的固定阻值的交叉耦合电阻，避免在极端工艺角下出现的因电阻阻值的变化，导致的中频偏移，流片后的芯片良率不高的情况。通过控制信号控制交叉耦合模块调节中频，而且该结构可以通过控制开关实现阶数和滤波器功能的切换，可以作为一阶或者二阶的基本单元，对其进行级联以更高阶的中频可控的带通或低通滤波器，相比较同类滤波器此架构功耗也较低。
附图说明
图1 为本发明的阶数与类型皆可重构的滤波器电路图；
图2 为本发明交叉耦合电路模块；
图3 为本发明的二阶复数滤波器的幅频特性曲线；
图4为本发明通过级联实现的四阶巴特沃兹复数带通滤波器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种阶数与类型皆可重构滤波器，包括：I路信号通道和Q路信号通道，以及交叉藕合电路；所述I路信号通道和Q路信号通道用于实现二阶低通滤波；所述交叉藕合电路，由四个结构相同的交叉耦合模块构成，用于连接I路信号通道和Q路信号通道实现频谱搬移，且根据外部控制逻辑产生的控制信号控制各交叉耦合模块中电阻阵列阻值，实现调节中频。而且，可以通过开关状态的切换，改变滤波器的阶数和类型。当所有的开关都闭合时，电路实现的是二阶带通滤波功能；当开关S7、…S10都断开，其他开关都闭合，电路实现的是二阶低通滤波功能；当开关S1、S2、S3、S4、S5、S6都断开，其他开关都闭合时，电路实现的是一阶低通滤波功能；当开关S7、…S10都闭合，其他开关都断开时，电路实现的是一阶带通滤波功能。
如图2所示，所述I路信号通道包含第一射频信号I路的正极输入端Vin_I+、第一射频信号I路的负极输入端Vin_I-、第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第一运放、第一射频信号I路的正极输出端Vout_I+ ，第一射频信号I路的负极输入端Vin_I-；
其中，第一射频信号I路的正极输入端Vin_I+接第一电阻Rl的一端，第一电阻Rl的另一端分别与第二电阻R2的一端、第一电容Cl的正端和第四电阻R4的一端相接，第四电阻R4的另一端与第三开关S3的一端相连，第三开关S3的另一端与第一运放的正极输出端相连，第二电阻R2的另一端分别与第一运放的正极输入端相接；第二电容C2的负端分别与第一运放的负极输出端、第三电阻R3的一端相接， 第二电容C2的正端分别与第一运放的正极输入端、第三电阻R3的一端相接；第一运放的负极输出端为第一射频信号I路的负极输出端Vout_I-，第一运放的正极输出端为第一射频信号I路的正极输出端Vout_I+ ；第一射频信号I路的负极输入端Vin_I-接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端分别与第七电阻R7的一端、第一开关Sl的一端，第五电阻R5的一端相连；第一开关S1的另一端与第一电容C1的负端相连，第五电阻R5的另一端与第四开关S4的一端相连；第四开关S4的另一端与第一运放的输出负端相连，第七电阻R7的另一端分别与第三电容C3的正极，第八电阻R8的一端和第一运放的负极输入端相接；第八电阻R8的另一端分别与第二运放的正极输出端、第三电容C3的负端相接。
所述Q路信号通道包含第二射频信号Q路的正极输入端Vin_Q+、第一射频信号Q路的负极输出端Vout_Q-、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第二运放、第一射频信号Q路的正极输出端Vout_Q+)、第二射频信号Q路的负极输入端Vin_Q-；
其中，第二射频信号Q路的正极输入端Vin_Q+接第九电阻R9的一端，第九电阻R9的另一端分别与第十电阻R10的一端、第四电容C4正端和第十二电阻R12一端相接，第十二电阻R12的另一端与第五开关S5的一端，第五开关S5的另一端与第二运放的输出正端相连；第十电阻R10的另一端分别与第二运放的输入正端、第五电容的正端相接；第五电容C5的负端分别与第二运放的输出负端、第十一电阻R11一端相接，第五电容C5的正端分别与第二运放的输入正端、第十一电阻R11的一端相接，第二运放的输出负端为第一射频信号Q路的负极输出端Vout_Q-，第二运放的输出正端为第一射频信号Q路的输出正极Vout_Q+)，第二射频信号Q路的负极输入端Vin_Q-接第十四电阻R14的一端，第十四电阻R14的另一端分别与第十五电阻R15的一端、第十三电阻R13的一端、第二开关S2的一端相连，第二开关S2的另一端与第四电容C4负端，第十三电阻R13的另一端与第六开关S6的一端，第六开关S6的另一端第二运放的负极输出端相连；第十五电阻R15的另一端分别与第六电容C6的正极，第十六电阻R16的一端和第二运放的负极输入端相接，第十六电阻R16的另一端分别与第二运放的正极输出端、第六电容C6的负端相接。
所述交叉耦合电路包含第一交叉耦合模块T1、第二交叉耦合模块T2、第二交叉耦合模块T3、第二交叉耦合模块T4和控制逻辑；
其中，第一交叉耦合模块T1的一端接第七开关S7的一端，第七开关S7的另一端接第一运放的正极输入端，第一交叉耦合模块T1的另一端接第二运放的负极输出端，第二交叉耦合模块T2的一端接第八开关S8的一端，第八开关S8)的另一端接第一运放的负极输入端，第二交叉耦合模块(T2)的另一端接第二运放的正极输出端；第三交叉耦合模块T3的一端接第九开关S9的一端，第九开关S9的另一端接第一运放的正极输出端，第三交叉耦合模块T3的另一端接第二运放的正极输入端，第四交叉耦合模块T4的一端接第十开关S10的一端，第十开关S10的另一端第一运放的负极输出端，第四交叉耦合模块T4的另一端接第二运放的输入正端，交叉耦合电路四个模块结构相同，控制逻辑产生的控制信号S1—Sn分别接M1—Mn的栅极；M1—Mn的源级接R1—Rn的一端；Rconstant电阻分别接M1—Mn的漏级。
如图3所示，为本实例二阶滤波器的幅频特性曲线，可以看到控制信号控制交叉耦合模块的电阻阵列的接入情况，改变中频的效果。
如图4所示，为本实例中通过级联实现的四阶巴特沃兹复数带通滤波器，包括两个二阶复数带通滤波器。每个二阶复数带通滤波器，分别包括如图一所示的I路信号通道和Q路信号通道以及交叉藕合电路。
所述的四阶巴特沃兹复数带通滤波器，其中第一射频信号I路的正极输入Vin_I+接第一二阶复数滤波器F1的I路输入正端VIP1_I，第一射频信号I路的负极输入Vin_I+接第一二阶复数滤波器F1的I路输入负端VIN1_I；第二射频信号I路的正极输入Vin_Q+接第一二阶复数滤波器F1的I路输入正端VIP1_Q，第一射频信号I路的负极输入Vin_Q+接第一二阶复数滤波器F1的I路输入负端VIN1_Q；第一二阶复数滤波器F1的I路输出正极VOP1_I的输出信号Vout1_I+与第二二阶复数滤波器F2的I路输入负端VIN2_I相连接；第一二阶复数滤波器F1的I路输出负极VON1_I的输出信号Vout1_I-与第二二阶复数滤波器F2的I路输入正端VIP2_I相连接；第一二阶复数滤波器F1的Q路输出正极VOP1_Q的输出信号Vout1_Q+与第二二阶复数滤波器F2的Q路输入负端VIN2_Q相连接；第一二阶复数滤波器F1的Q路输出负极VON1_Q的输出信号Vout1_Q-与第二二阶复数滤波器F2的Q路输入正端VIP2_Q相连接；第二二阶复数滤波器F2的I路输出正极输出信号为Vout2_I+；第二二阶复数滤波器F2的I路输出负极输出信号为Vout2_I-；第二二阶复数滤波器F2的Q路输出正极输出信号为Vout2_Q+；第二二阶复数滤波器F2的Q路输出负极输出信号为Vout2_Q-。
由上述可知，本发明的创新之处在于利用交叉藕合电路实现射频I路通道和射频Q通道的频谱搬移，并利用外围控制逻辑产生控制信号控制交叉藕合电路的第一模块、第二模块、第三模块和第四模块的电阻阵列阻值，实现调节复数滤波器的中频的功能，进而避免了因使用固定阻-值的交叉藕合电阻，在极端工艺角下出现的因电阻阻值的变化，导致中频偏移，流片后的芯片良率不高的情况。而且，并且该结构可以通过控制开关实现阶数和滤波器功能的切换，以应对不同的性能要求。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。