CN103490741B

CN103490741B - 收发***的滤波装置

Info

Publication number: CN103490741B
Application number: CN201210195855.5A
Authority: CN
Inventors: 邱珮如
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: CN103490741A

Abstract

一种适用于一收发***的滤波装置包含有：一电容性电路，用来于一第一电容组态与一第二电容组态之间进行切换以耦接于一放大电路；以及一电阻性电路，用来于一第一电阻组态与一第二电阻组态之间进行切换以耦接于该放大电路，其中当该电容性电路为该第一电容组态时，该滤波装置对所接收的信号进行一第一滤波处理，以及当该电容性电路为该第二电容组态时，该滤波装置对所传送的信号进行一第二滤波处理。

Description

收发***的滤波装置

技术领域

本发明关于一滤波装置，尤指具有一低通滤波功能以及一带通滤波功能的一收发***的滤波装置。

背景技术

在一传统的无线收发***中，当该无线收发***操作在一接收模式时，通常会利用一滤波器来将一接收到的无线信号进行滤波以将一滤波后的信号传送至该收发***中的一处理电路来进行信号处理的操作。反之，当该无线收发***操作在一传送模式时，会利用另一个滤波器来将一待传信号进行滤波以产生一无线传送信号。一般而言，为了避免接收信号和传送信号之间的干扰，上述两个滤波器都是个别存在的滤波器。然而，在一无线收发***设置两个个别存在的滤波器难免会占据了较大的面积，进而增加了传统的无线收发***的制作成本。因此，如何以一较低的成本来设计一无线收发***内的滤波电路已成为此领域所亟需解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供具有一低通滤波功能以及一带通滤波功能的一滤波装置。

依据本发明的一实施例，其提供一种适用于一收发***的滤波装置。该滤波装置包含有一电容性电路以及一电阻性电路。该电容性电路用来于一第一电容组态与一第二电容组态之间进行切换以耦接于一放大电路，其中该第一电容组态不同于该第二电容组态。该电阻性电路用来于一第一电阻组态与一第二电阻组态之间进行切换以耦接于该放大电路，其中该第一电阻组态不同于该第二电阻组态，以及当该电容性电路为该第一电容组态时，该滤波装置对所接收的信号进行一第一滤波处理，以及当该电容性电路为该第二电容组态时，该滤波装置对所传送的信号进行一第二滤波处理。

本发明实施例可只使用一差动放大器就可以达到一低通滤波操作以及一带通滤波操作的效果。由于本发明实施例的无线收发***无需利用两个滤波器来分别进行一低通滤波操作以及一带通滤波操作，因此节省了该无线收发***的制作成本。

附图说明

图1为本发明一种滤波装置的一实施例示意图。

图2为本发明一滤波装置操作在一带通滤波处理模式时的一实施例示意图。

图3为本发明一滤波装置操作在一低通滤波处理模式时的一实施例示意图。

图4为本发明一放大电路以及一电容性电路的一集成电路布局图的一实施例示意图。

图5为本发明一差动式的低通滤波器的一实施例示意图。

其中，附图标记说明如下：

100滤波装置

102放大电路

104电容性电路

106电阻性电路

108a-108n开关

400集成电路布局图

402区分线

404、406传输线

500差动式的低通滤波器

502差动放大器

504a-504d电容器

506a-506f电阻器

1042、1044、1046、1048部分电容性电路

1062、1064、1066、1068、1070、1072、1074、1076部分电阻性电路

具体实施方式

在说明书及后续的申请权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及后续的申请权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此为包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或者通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图1。图1所示为依据本发明一种滤波装置100的一实施例示意图。滤波装置100包含有一放大电路102、一电容性电路104、一电阻性电路106以及多个开关108a-108n。电容性电路102用来于一第一电容组态与一第二电容组态之间进行切换以耦接于放大电路102，其中该第一电容组态不同于该第二电容组态。该电阻性电路104用来于一第一电阻组态与一第二电阻组态之间进行切换以耦接于放大电路102，其中该第一电阻组态不同于该第二电阻组态，其中当电容性电路104为该第一电容组态以及电阻性电路106为该第一电阻组态时，滤波装置100用来进行一第一滤波处理，以及当电容性电路104为该第二电容组态以及电阻性电路106为该第二电阻组态时，滤波装置100用来进行不同于该第一滤波处理的一第二滤波处理。请注意，在本实施例中，该第一滤波处理为一带通滤波处理，以及该第二滤波处理为一低通滤波处理。进一步而言，滤波装置100设置在一无线收发***中，当该无线收发***操作在一接收模式时，滤波装置100会被切换至进行该第一滤波处理(即该带通滤波处理)的操作模式以将一接收到的无线信号进行带通滤波处理，并将一滤波后的信号传送至该收发***中的一处理电路(未显示)来进行后续的信号处理。反之，当该无线收发***操作在一传送模式时，滤波装置100会被切换至进行该第二滤波处理(即该低通滤波处理)的操作模式以将一待传送信号进行滤波以产生一无线传送信号。

依据本发明的实施例所示，放大电路102可以为一差动式(Differential)的运算放大器，故其会具有一第一输入端Ni+、一第二输入端Ni-、一第一输出端No-以及一第二输出端No+。此外，本实施例的电容性电路104包含有一第一部分电容性电路1042、一第二部分电容性电路1044、一第三部分电容性电路1046以及一第四部分电容性电路1048。电阻性电路106包含有一第一部分电阻性电路1062、一第二部分电阻性电路1064、一第三部分电阻性电路1066、一第四部分电阻性电路1068、一第五部分电阻性电路1070、一第六部分电阻性电路1072、一第七部分电阻性电路1074以及一第八部分电阻性电路1076。第一部分电容性电路1042耦接于放大电路102的第一输入端Ni+与第一输出端No-之间。第二部分电容性电路1044耦接在滤波装置100的端点N1和端点N2之间。第三部分电容性电路1046耦接于放大电路102的第二输入端Ni-与第二输出端No+之间。第四部分电容性电路1048耦接在滤波装置100的端点N3和端点N4之间。此外，第一部分电阻性电路1062耦接在滤波装置100的一第一信号输入端点Nin1和一端点N5之间。第二部分电阻性电路1064耦接在滤波装置100的端点N5和一端点N7之间。第三部分电阻性电路1066耦接在端点N5和第一输出端No-之间。第四部分电阻性电路1068耦接在滤波装置100的一端点N9和一端点N11之间。第五部分电阻性电路1070耦接在滤波装置100的一第二信号输入端点Nin2和一端点N6之间。第六部分电阻性电路1072耦接在滤波装置100的端点N6和一端点N8之间。第七部分电阻性电路1074耦接在端点N6和第二输出端No+之间。第八部分电阻性电路1076耦接在滤波装置100的一端点N10和一端点N12之间。请注意，在本实施例中，端点N11和N12耦接于放大电路102的第一输出端No-以及第二输出端No+，用来将放大电路102所产生的输出信号Vo的虚部信号(即jVo)回馈至端点N11和N12。

另一方面，第一开关108a耦接在端点N5和端点N1之间。第二开关108b耦接在端点N1和第一输出端No-之间。第三开关108c耦接在端点N1和端点N3之间。第四开关108d耦接在端点N2和第一输入端Ni+之间。第五开关108e耦接在端点N6和端点N4之间。第六开关108f耦接在端点N4和第二输出端No+之间。第七开关108g耦接在端点N4和端点N2之间。第八开关108h耦接在端点N3和第二输入端Ni-之间。第九开关108i耦接在端点N5和第一输入端Ni+之间。第十开关108j耦接在端点N7和第一输入端Ni+之间。第十一开关108k耦接在端点N9和端点N5之间。第十二开关108l耦接在端点N6和第二输入端Ni-之间。第十三开关108m耦接在端点N8和第二输入端Ni-之间。第十四开关108n耦接在端点N10和端点N6之间。

请参考图2以及图3。图2所示为依据本发明滤波装置100操作在一带通滤波处理模式时的一实施例示意图。图3所示为依据本发明滤波装置100操作在一低通滤波处理模式时的一实施例示意图。当滤波装置100操作在该带通滤波处理模式时，电容性电路104操作在该第一电容组态以及电阻性电路106操作在该第一电阻组态。换句话说，当滤波装置100操作在该带通滤波处理模式时，第一开关108a、第三开关108c、第五开关108e、第七开关108g、第十开关108j、第十三开关108m会关闭(Switchoff)，而第二开关108b、第四开关108d、第六开关108f以及第八开关108h、第九开关108i、第十一开关108k、第十二开关108l以及第十四开关108n会开启(Switchon)，如图2所示。反之，当滤波装置100操作在该低通滤波处理模式时，第一开关108a、第三开关108c、第五开关108e、第七开关108g、第十开关108j、第十三开关108m会开启，而第二开关108b、第四开关108d、第六开关108f以及第八开关108h、第九开关108i、第十一开关108k、第十二开关108l以及第十四开关108n会关闭，如图3所示。请注意，本实施例所述的该带通滤波处理指滤除一段大于零频率的频带之外的信号，而该低通滤波处理指滤除一段包含有零频率的频带之外的信号。请注意，当滤波装置100操作在该带通滤波处理模式时，其也可以切换为一单端的带通滤波器。换句话说，当滤波装置100操作在单端的带通滤波处理模式时，放大电路102的第一输入端Ni+会用来接收无线信号，第二输入端Ni-会连接至一接地电压，而第一输出端No-用来输出信号。

请参考图4。图4所示为本发明放大电路102以及电容性电路104的一集成电路布局图(Layout)400的一实施例示意图。请注意，为了简化起见，图4中并未绘示出电阻性电路106的布局图。从图4的集成电路布局图400可以看出来，本实施例放大电路102以及电容性电路104的设计以一大致上对称的方式来布局，即图4的一区分线402左右两半的布局大致上对称的。进一步而言，为了使得滤波装置100操作在该带通滤波模式以及该低通滤波模式时，其所使用到的电容性电路都可以呈现出完全对称的分布，第一电容性电路1042的一第一布局层、第二电容性电路1044的该第一布局层、第三电容性电路1046的该第一布局层以及第四电容性电路1048的该第一布局层除了设置在同一层的布局层上(例如集成电路中最底层(Bottom)的金属布局层，为了简化起见，以下段落都将该第一布局层视为集成电路的最底金属层B)之外，第一电容性电路1042的该第一布局层以及第二电容性电路1044的该第一布局层还必须设置在较靠近图4的区分线402的右内侧部分(即用来耦接于放大电路102的第一输入端Ni+)，且第三电容性电路1046的该第一布局层以及第四电容性电路1048的该第一布局层则必须设置在较靠近图4的区分线402的左内侧部分(即用来耦接于放大电路102的第二输入端Ni-)。此外，第一电容性电路1042的一第二布局层、第二电容性电路1044的该第二布局层、第三电容性电路1046的该第二布局层以及第四电容性电路1048的该第二布局层除了设置在另一层的布局层上(例如集成电路中最高层(Top)的金属布局层，为了简化起见，以下段落都将该第二布局层视为集成电路的最高金属层T)之外，第一电容性电路1042的该第二布局层以及第二电容性电路1044的该第二布局层还必须设置在较靠近图4的区分线402的右外侧部分(即用来耦接于放大电路102的第一输出端No-)，且第三电容性电路1046的该第二布局层以及第四电容性电路1046的该第二布局层则必须设置在较靠近图4的区分线402的左外侧部分(即用来耦接于放大电路102的第二输出端No+)。请注意，本发明并不受限于该第一布局层为集成电路的最低金属层以及该第二布局层为集成电路的最高金属，只要该第一布局层与该第二布局层处于不同的金属层均属于本发明的范畴所在。

此外，第一开关108a耦接在第二电容性电路1044的最高金属层T以及第四电容性电路1048的最底金属层B之间。第二开关108b耦接在第一电容性电路1042的最高金属层T以及第二电容性电路1042的最高金属层T之间。第三开关108c耦接在第二电容性电路1044的最高金属层T以及第四电容性电路1048的最底金属层B之间。第四开关108d耦接在第一电容性电路1042的最底金属层B以及第二电容性电路1044的最底金属层B之间。第五开关108e耦接在第四电容性电路1048的最高金属层T以及第二电容性电路1044的最底金属层B之间。第六开关108f耦接在第三电容性电路1046的最高金属层T以及第四电容性电路1048的最高金属层T之间。第七开关108g耦接在第二电容性电路1044的最底金属层B以及第四电容性电路1048的最高金属层T之间。第八开关108h耦接在第三电容性电路1046的最底金属层B以及第四电容性电路1048的最底金属层B之间。从图4可以看出，本实施例耦接在第一开关108a与第三开关108c之间的一传输线404以及耦接在第五开关108e与第七开关108g之间的一传输线406相互交错(但不相连)在区分线402上。因此，无论滤波装置100操作在该带通滤波模式以及该低通滤波模式时，其电容性电路104的该第一电容组态以及该第二电容组态都可以处于完全对称的状态。

另一方面，从上述图1以及图4也可以看到本实施例的第一电容性电路1042以及第三电容性电路1046都是由一颗电容器来组成，而第二电容性电路1044以及第四电容性电路1048则是由多颗电容器并联而成。在此实施例中，第二电容性电路1044以及第四电容性电路1048的电容器个数都是第一电容性电路1042(或第三电容性电路1046)的电容器个数的整数倍。换句话说，第一电容性电路1042或第三电容性电路1046的电容器可视为本实施例电容性电路104中具有最小电容值的电容器。请注意，本发明并不受限于上述实施例，只要是第二电容性电路1044的电容值大于第一电容性电路1042，以及/或第四电容性电路1048的电容值大于第三电容性电路1046均属于本发明的范畴所在。以下所述为有关于如何决定第一电容性电路1042以及第二电容性电路1044(或第三电容性电路1046以及第四电容性电路1048)的电容值的方法：

请参考图5。图5所示为依据本发明一差动式的低通滤波器500的一实施例示意图。低通滤波器500包含有一差动放大器502、多个电容器504a-504d以及多个电阻器506a-506f，其中电容器504a、504b分别相同于电容器504c、504d，以及电阻器506a、506b、506c分别相同于电阻器506d、506e、506f。若低通滤波器500的增益G=1，品质因数Q=0.76，则电容器504b的电容值必须是电容器504a的电容值的n倍，其中n可由以下方程式(1)计算出：

n≥4Q²(1+G)＝4.62(1)

若取n=8，则电容器504b的电容值C_2,LPF就是电容器504a的电容值C_1,LPF的8倍。然而，由于低通滤波器500为一差动式的低通滤波器，因此当电容器504串接于电容器504d时，端点Np和Nn之间实际上只会等效于具有4倍的电容器504a的电容值，即8*C_1,LPF//8*C_1,LPF=4*C_1,LPF。换句话说，依据本发明于图1和图4中所提出电容器的切换方法，若电容器504a以及电容器504c都为一颗具有C_1，LPF的单位电容器，则电容器504b以及电容器504d分别只需两颗单位电容器就可以使得端点Np和Nn之间具有4颗单位电容器，即4*C_1,LPF。

另一方面，当上述差动式的低通滤波器500切换为一带通滤波器时(即使用本发明图2的方法来达成)，该带通滤波器的反馈电容的电容值C_BPF则可以设计为具有3颗单位电容器的总和电容值，即将电容器504b的两颗单位电容器都耦接在差动放大器502的第一输入端(+)与第一输出端(-)之间，以及将电容器504e的两颗单位电容器都耦接在差动放大器502的第二输入端(-)与第二输出端(+)之间。因此，本实施例一共利用六颗单位电容器。

请注意，若将图5的实施例的n值设定为6，则电容器504b的电容值C_2,LPF就是电容器504a的电容值C_1,LPF的6倍。然而，由于低通滤波器500为一差动式的低通滤波器，因此当电容器504串接于电容器504d时，端点Np和Nn之间实际上只会等效于具有3倍的电容器504a的电容值，即6*C_1,LPF//6*C_1,LPF=3*C_1,LPF。因此，依据本发明于图1和图4中所提出电容器的切换方法，可以将电容器504a以及电容器504c设计为一颗具有0.5*C_1，LPF的单位电容器，以及将电容器504b以及电容器504d分别设计为3颗单位电容器，如此一来就可以使得端点Np和Nn之间具有的电容值为3*C_1，LPF。当将上述差动式的低通滤波器500切换为一带通滤波器时(即使用本发明图2的方法来达成)，该带通滤波器的反馈电容的电容值C_BPF则则可以设计为具有4颗单位电容器的总和电容值，即将电容器504b的3颗单位电容器都耦接在差动放大器502的第一输入端(+)与第一输出端(-)之间，以及将电容器504e的3颗单位电容器都耦接在差动放大器502的第二输入端(-)与第二输出端(+)之间。因此，本实施例一共利用8颗单位电容器。

另一方面，若将图5的实施例的n值设定为5，则电容器504b的电容值C_2,LPF就是电容器504a的电容值C_1,LPF的5倍。然而，由于低通滤波器500为一差动式的低通滤波器，因此当电容器504串接于电容器504d时，端点Np和Nn之间实际上只会等效于具有2.5倍的电容器504a的电容值，即5*C_1,LPF//5*C_1,LPF=2.5*C_1,LPF。因此，依据本发明于图1和图4中所提出电容器的切换方法，可以将电容器504a以及电容器504c设计为一颗具有0.25*C_1，LPF的单位电容器，以及将电容器504b以及电容器504d分别设计为5颗单位电容器，如此一来就可以使得端点Np和Nn之间具有的电容值为2.5*C_1，LPF。当将上述差动式的低通滤波器500切换为一带通滤波器时(即使用本发明图2的方法来达成)，该带通滤波器的反馈电容的电容值C_BPF则可以设计为具有6颗单位电容器的总和电容值，即将电容器504b的5颗单位电容器都耦接在差动放大器502的第一输入端(+)与第一输出端(-)之间，以及将电容器504e的5颗单位电容器都耦接在差动放大器502的第二输入端(-)与第二输出端(+)之间。因此，本实施例一共利用12颗单位电容器。

综上所述，假设电容器504b的电容值C_2,LPF的最小公倍数为C_segment，则C_segment就是电路布局时的一个电容单位值。接着，电容器504a的电容值C_1,LPF可以设计为K*C_segment，其中K可以是小数。电容器504b的电容值C_2,LPF可以设计为N*C_segment，以及该带通滤波器的反馈电容的电容值C_BPF则可以设计为(N+1)*C_segment，其中N可以是整数。

从上述的实施例可以得知，经由本发明图2和图3所揭露电容和电阻的切换方式以及图5所揭露的电容设计方法，本发明实施例可只使用一差动放大器就可以达到一低通滤波操作以及一带通滤波操作的效果。换句话说，本发明实施例的无线收发***无需利用两个滤波器来分别进行一低通滤波操作以及一带通滤波操作，进而节省了该无线收发***的制作成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种适用于一收发***的滤波装置，包含有：

一电容性电路，用来于一第一电容组态与一第二电容组态之间进行切换以耦接于一放大电路，其中该第一电容组态不同于该第二电容组态；以及

一电阻性电路，用来于一第一电阻组态与一第二电阻组态之间进行切换以耦接于该放大电路，其中该第一电阻组态不同于该第二电阻组态；

其中当该电容性电路为该第一电容组态时，该滤波装置对所接收的信号进行一第一滤波处理，以及当该电容性电路为该第二电容组态时，该滤波装置对所传送的信号进行一第二滤波处理；

其中该放大电路具有一第一输入端、一第一输出端、一第二输入端以及一第二输出端，当该电容性电路操作在该第一电容组态时，该电容性电路的一第一部分电容性电路耦接于该第一输入端以及该第一输出端之间；该电容性电路中的一第二部分电容性电路耦接于该第二输入端以及该第二输出端之间。

2.如权利要求1所述的滤波装置，其中当该滤波装置对所接收的信号进行该第一滤波处理时，该电阻性电路为该第一电阻组态，以及当该滤波装置对所接收的信号进行该第二滤波处理时，该电阻性电路为该第二电阻组态。

3.如权利要求1所述的滤波装置，其中该第一滤波处理不同于该第二滤波处理。

4.如权利要求1所述的滤波装置，其中当该电容性电路操作在该第一电容组态时，该第二输入端耦接于一参考电压。

5.如权利要求1所述的滤波装置，其中该放大电路具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端，当该电容性电路操作在该第二电容组态时，该电容性电路中的一第一部分电容性电路耦接于该第一输入端以及该第一输出端之间，该电容性电路中的一第二部分电容性电路耦接于该滤波装置的一第一信号输入端点与一第二信号输入端点之间，该电容性电路的一第三部分电容性电路耦接于该第二输入端以及该第二输出端之间，以及该电容性电路中的一第四部分电容性电路耦接于该第一信号输入端点与该第二信号输入端点之间。

6.如权利要求5所述的滤波装置，其中该第二部分电容性电路的一电容值大于该第一部分电容性电路的一电容值，以及该第四部分电容性电路的一电容值大于该第三部分电容性电路的一电容值。

7.如权利要求5所述的滤波装置，其中当该电容性电路操作在该第一电容组态时，该电容性电路的该第一部分电容性电路以及该第二部分电容性电路均耦接于该第一输入端以及该第一输出端之间，以及该电容性电路的该第三部分电容性电路以及该第四部分电容性电路均耦接于该第二输入端以及该第二输出端之间。

8.如权利要求5所述的滤波装置，另包含有：

一第一开关，耦接于该第一信号输入端点与该第二部分电容性电路的一第一布局层之间；

一第二开关，耦接于该第一部分电容性电路的一第一布局层与该第二部分电容性电路的该第一布局层之间；

一第三开关，耦接于该第二部分电容性电路的该第一布局层与该第四部分电容性电路的一第一布局层之间；

一第四开关，耦接于该第一部分电容性电路的一第二布局层与该第二部分电容性电路的一第二布局层之间；

一第五开关，耦接于该第二信号输入端点与该第四部分电容性电路的一第二布局层之间；

一第六开关，耦接于该第三部分电容性电路的一第一布局层与该第四部分电容性电路的该第二布局层之间；

一第七开关，耦接于该第四部分电容性电路的该第二布局层与该第二部分电容性电路的该第二布局层之间；以及

一第八开关，耦接于该第三部分电容性电路的该第二布局层与该第四部分电容性电路的该第一布局层之间；

其中该第一部分电容性电路的该第一布局层耦接于该第一输出端，该第一部分电容性电路的该第二布局层耦接于该第一输入端、该第三部分电容性电路的该第一布局层耦接于该第二输出端，以及该第三部分电容性电路的该第二布局层耦接于该第二输入端。

9.如权利要求8所述的滤波装置，其中该第一部分电容性电路的该第一布局层、该第二部分电容性电路的该第一布局层、该第三部分电容性电路的该第一布局层以及该第四部分电容性电路的该第二布局层位于一第一集成电路布局层，而该第一部分电容性电路的该第二布局层、该第二部分电容性电路的该第二布局层、该第三部分电容性电路的该第二布局层以及该第四部分电容性电路的该第一布局层位于一第二集成电路布局层，其中该第一集成电路布局层不同于该第二集成电路布局层。

10.如权利要求8所述的滤波装置，其中当该电容性电路操作在该第一电容组态时，该第一开关、该第三开关、该第五开关以及该第七开关会关闭，以及该第二开关、该第四开关、该第六开关以及该第八开关会开启；以及当该电容性电路操作在该第二电容组态时，该第一开关、该第三开关、该第五开关以及该第七开关会开启，以及该第二开关、该第四开关、该第六开关以及该第八开关会关闭。

11.如权利要求1所述的滤波装置，其中该第一滤波处理为一带通滤波处理，以及该第二滤波处理为一低通滤波处理。