一种滤波器带宽自动校准电路及方法与流程

1.本发明涉及滤波器技术领域，尤其涉及一种滤波器带宽自动校准电路及方法。


背景技术：

2.电容电阻所构成的滤波器因其结构简单、线性度好而被广泛地应用在cmos集成电路设计中。滤波器内的电容和电阻受到制造工艺、电源电压以及环境温度的影响会导致其电阻值和电容值均偏离理想值，影响滤波器带宽的值，使滤波器不能正常工作。因此需要对电阻和电容值进行校准，从而对滤波器带宽进行修正。
3.现有滤波器带宽校准的方式包括片外校准和片内校准，为了节省电路的面积，满足高度集成化的要求，通常采用片内校准方式。常用的片内校准方式主要包括基于压控振荡器的锁相环结构，其结构复杂，功耗大，增加了芯片的面积。


技术实现要素：

4.本发明通过提供一种滤波器带宽自动校准电路及方法，解决了如何对电容电阻所构成的滤波器进行带宽校准的技术问题。
5.一方面，本发明提供如下技术方案：
6.一种滤波器带宽自动校准电路，包括rc弛张振荡器及控制器，rc弛张振荡器包括第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻、调谐电容、运算放大器；
7.电源依次经第一分压电阻、第二分压电阻接地，第一分压电阻、第二分压电阻的公共端连接运算放大器的同相输入端，运算放大器的同相输入端还经反馈电阻连接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端还经调谐电阻连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的反相输入端还经调谐电容接地，第一分压电阻、第二分压电阻与反馈电阻的阻值误差在允许范围内，第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻与滤波器中带宽调节电阻的单位电阻误差在允许范围内；
8.运算放大器的输出端还连接控制器的输入端，控制器的第一输出端连接调谐电容，控制器的第二输出端连接滤波器，控制器用于根据调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数，记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定所述预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号，根据所述预设时钟周期个数、所述预设调谐控制信号及所述实际时钟周期个数计算所述实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信号，将调谐电容的容值调整为所述实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值误差在允许范围内。
9.优选的，第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻的阻值相同。
10.优选的，第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻及滤波器中带宽调节电阻的单位电阻相同。
11.优选的，控制器还用于控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值相同。
12.优选的，控制器还用于：
13.根据调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器的理想充放电频率；
14.根据所述理想充放电频率计算所述预设时钟周期个数。
15.优选的，所述理想充放电频率满足：f0为所述理想充放电频率，r为调谐电阻的阻值，c为调谐电容的容值。
16.优选的，所述预设时钟周期个数满足：n0为所述预设时钟周期个数，f
ox
为时钟信号，b为控制器采用的计数器的二进制的位数。
17.优选的，所述实际调谐控制信号满足：fc为所述实际调谐控制信号，f0为所述预设调谐控制信号，n为所述实际时钟周期个数。
18.优选的，调谐电容包括常开电容及与常开电容并联的多个电容支路，每个所述电容支路均由电容与开关串联而成。
19.另一方面，本发明还提供如下技术方案：
20.一种滤波器带宽自动校准方法，应用于上述任一项所述的控制器中，包括：
21.根据rc弛张振荡器的调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数；
22.记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定所述预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号；
23.根据所述预设时钟周期个数、所述预设调谐控制信号及所述实际时钟周期个数计算所述实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信号；
24.将调谐电容的容值调整为所述实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值相同。
25.本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
26.根据rc弛张振荡器的调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数，记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号，根据预设时钟周期个数、预设调谐控制信号及实际时钟周期个数计算实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信号，将调谐电容的容值调整为实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值误差在允许范围内，可对滤波器的宽带进行自动校准，且与传统的压控振荡器的锁相环结构相比，电路结构简单、功耗低。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例中滤波器带宽自动校准电路的电路图；
29.图2为本发明实施例中调谐电容的电路图；
30.图3为本发明实施例中滤波器带宽自动校准方法的流程图。
具体实施方式
31.本发明实施例通过提供一种滤波器带宽自动校准电路及方法，解决了如何对电容电阻所构成的滤波器进行带宽校准的技术问题。
32.为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。
33.首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
34.如图1所示，本实施例的滤波器带宽自动校准电路包括rc弛张振荡器及控制器，rc弛张振荡器包括第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻、调谐电容、运算放大器。
35.电源依次经第一分压电阻、第二分压电阻接地，第一分压电阻、第二分压电阻的公共端连接运算放大器的同相输入端，运算放大器的同相输入端还经反馈电阻连接运算放大器的输出端，运算放大器的输出端还经调谐电阻连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的反相输入端还经调谐电容接地，第一分压电阻、第二分压电阻与反馈电阻的阻值误差在允许范围内，第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻与滤波器中带宽调节电阻的单位电阻误差在允许范围内。
36.运算放大器的输出端还连接控制器的输入端，控制器的第一输出端连接调谐电容，控制器的第二输出端连接滤波器，控制器用于根据调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数，记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号，根据预设时钟周期个数、预设调谐控制信号及实际时钟周期个数计算实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信号，将调谐电容的容值调整为实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值误差在允许范围内。
37.其中，第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻的阻值应当相同，第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻、滤波器中带宽调节电阻的单位电阻应当相同，波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值应当相同，但考虑到电阻电容的制作工艺可能导致两个器件的特性无法完全相同，因此允许在误差范围内，但优选相同。
38.第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻及滤波器中的带宽调节电阻均可由多个单位电阻串联或并联构成，如若调谐电阻包括4个2k的电阻，两个2k的电阻并联后再与两个2k的电阻串联，可得到5k的调谐电阻，则调谐电阻的单位电阻为2k。第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻及滤波器中带宽调节电阻的单位电阻相同，可以理解为：若滤波器中带宽调节电阻的单位电阻为2k，则第一分压电阻、第二分压电阻、反馈电阻、调谐电阻及滤波器中带宽调节电阻均由2k的电阻串并联得到，这样可保证制造工艺、电源电压以及环境温度对rc弛张振荡器及滤波器中电阻的影响相同，进而保证滤波器带宽的校准。
39.调谐电容的结构与滤波器中带宽调节电容的结构相同。如图2所示，调谐电容或滤波器的带宽调节电容可包括常开电容及与常开电容并联的多个电容支路，每个电容支路均由电容与开关串联而成。控制器通过输出实际调谐控制信号来控制调谐电容中开关的开闭，以调节调谐电容的容值，通过输出带宽控制信号来控制带宽调节电容中开关的开闭，以调节带宽调节电容的容值，相当于每个实际调谐控制信号对应一个调谐电容的容值，每个带宽控制信号对应一个带宽调节电容的容值，当实际调谐控制信号与带宽控制信号相同时，调谐电容的容值与带宽调节电容的容值相同。
40.本实施例中，控制器用于根据调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器的理想充放电频率，根据理想充放电频率计算预设时钟周期个数。其中，理想充放电频率为rc弛张振荡器不受工艺参数、电源电压以及环境温度影响时的充放电频率，满足：f0为理想充放电频率，r为调谐电阻的阻值，c为调谐电容的容值。预设时钟周期个数为rc弛张振荡器不受工艺参数、电源电压以及环境温度影响时rc弛张振荡器产生的时钟周期个数，满足：n0为预设时钟周期个数，f
ox
为时钟信号，b为控制器采用的计数器的二进制的位数。
41.假设没有制造工艺、电源电压以及环境温度的影响，控制器获得的rc弛张振荡器的实际充放电频率应当与理想充放电频率相同，rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数应当与预设时钟周期个数相同。由于电阻和电容受到工艺参数、电源电压以及环境温度的影响，rc弛张振荡器产生的充放电频率也发生变化，若调谐电容c受到工艺参数、电源电压以及环境温度的影响后容值变为c1，调谐电阻r保持不变，则此时c1通过rc弛张振荡器产生的充放电频率f1满足说明调谐电容c的变化值可以通过rc弛张振荡器的充放电频率差值体现。调谐电阻r的阻值随工艺参数、电源电压以及环境温度的变化可以归结为调谐电容c的容值变化。
42.在滤波器的带宽受若工艺参数、电源电压以及环境温度的影响时，rc弛张振荡器受到同样的影响，且影响效果相同。本实施例经过实验发现，若将滤波器的带宽调节电容的容值调整为满足的实际调谐控制信号对应的调谐电容的容值，便可对滤波器的带宽进行校准，其中fc为实际调谐控制信号，f0为预设调谐控制信号，n为实际时钟周期个数。因此，在得到预设时钟周期个数、预设调谐控制信号及实际时钟周期个数后，便可通过计算出可对滤波器带宽进行校准的带宽调节电容的容值对应的实际调谐控制信号，进而可得到实际调谐控制信号对应的调谐电容的容值，即可对滤波器带宽进行校准的带宽调节电容的容值。
43.由上文可知，本实施例的滤波器带宽自动校准电路根据rc弛张振荡器的调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数，记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号，根据预设时钟周期个数、预设调谐控制信号及实际时钟周期个数计算实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信
号，将调谐电容的容值调整为实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值误差在允许范围内，可对滤波器的宽带进行自动校准，且与传统的压控振荡器的锁相环结构相比，电路结构简单、功耗低。
44.需要说明的是，对滤波器的宽带进行校准会影响滤波器的正常工作，本实施例仅在带宽控制信号的变化超过设定范围后才会通过滤波器带宽自动校准电路对滤波器进行校准。
45.如图3所示，本实施例还提供一种滤波器带宽自动校准方法，应用于上述控制器中，包括：
46.步骤s1，根据rc弛张振荡器的调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数；
47.步骤s2，记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号；
48.步骤s3，根据预设时钟周期个数、预设调谐控制信号及实际时钟周期个数计算实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信号；
49.步骤s4，将调谐电容的容值调整为实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值误差在允许范围内。
50.本实施例的滤波器带宽自动校准电路根据rc弛张振荡器的调谐电阻及调谐电容计算rc弛张振荡器应当产生的预设时钟周期个数，记录rc弛张振荡器产生的实际时钟周期个数，确定预设时钟周期个数对应的预设调谐控制信号，根据预设时钟周期个数、预设调谐控制信号及实际时钟周期个数计算实际时钟周期个数对应的实际调谐控制信号，将调谐电容的容值调整为实际调谐控制信号对应的容值，控制滤波器中带宽调节电容的容值与调谐电容的容值误差在允许范围内，可对滤波器的宽带进行自动校准，且与传统的压控振荡器的锁相环结构相比，电路结构简单、功耗低。
51.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
52.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。