CN1781248A - 滤波器装置 - Google Patents

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米田卓司
栗本秀彦
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Abstract

本发明提供了一种能够容易地实现电流消耗的减少及它的偏差能够被校正的滤波器装置。通过相位差检测器检测参考滤波器的相位差，用于校正偏差的作为检测结果获得的控制信号被保存在寄存器中，并且根据这样保存的控制信号选择主滤波器的截止频率。从而，一旦检测到偏差，就不再需要用于检测偏差的参考滤波器和相位差检测器，并能够停止它们的操作，因此实现了电流消耗的减少。

Description

滤波器装置
技术领域
本发明涉及一种尤其应用于移动电话的接收IQ解调器电路中的滤波器装置，其被安装在半导体器件中，并且它的偏差能够被校正。
背景技术
近年，减小移动电话的尺寸的要求十分强烈，因此在半导体器件中安装滤波器装置的结构已经变得很普遍。同时，为了使呼叫等待状态保持尽可能长的时间，要求尤其是在构成接收电路的部件中的电流消耗彻底地减少。
在讨论常规技术之前，以下先描述一种校正安装在半导体器件中的滤波器装置的偏差的方法。
这里提到的偏差指的是在所谓的CR乘积中的偏差，也就是，半导体器件特有的发生在组成滤波器装置的电阻和电容器中的以绝对值表示的偏差的乘积。
图3是表示用在滤波器装置中的滤波器电路的基本结构的例子的电路图。在图3中，参考标号1和2分别表示信号输入端和信号输出端。另外，参考标号3和4分别表示具有电阻值R的第一电阻和具有与第一电阻3相同的电阻值R的第二电阻。参考标号5、6和7分别表示具有电容值C1的第一电容器、具有电容值C2的第二电容器和用于组成有源滤波器的OP(Operation运算)放大器。
对于具有上述结构的滤波器电路，以下将描述校正偏差的方法。
在图3所示的滤波器基本结构的例子中，基于信号输入端1和信号输出端2之间的传递函数的该滤波器的截止频率fc用下面的表达式(1)表示：
fc＝1/(2π×(R×C1)1/2×(R×C2)1/2)
  ＝1/(2π×R×(C1×C2)1/2)               …(1)
其中，当构成滤波器的电阻和电容器的值变化时，这些值的CR乘积中的偏差被定义为v，并且在这种情况下得到的截止频率被定义为fcv，该截止频率fcv由以下的表达式(2)表示：
fcv＝1/(2π×(v×R×C1)1/2×(v×R×C2)1/2)
   ＝1/(2π×v×R×(C1×C2)1/2)              …(2)
在CR乘积在例如-30％和+30％(v＝0.7到1.3)之间变化的情况下，截止频率fcv会在+43％和-23％之间变化。
这里，假设第一电阻3和第二电阻4的电阻值能够以某种方法变为偏差值的倒数倍的值(1/v倍)。例如，当有偏差+30％(v＝1.3)时，电阻值R被乘以1/1.3＝0.769。结果，电阻值和电容值的视在乘积(apparent product)满足表达式(1)，给出截止频率fc，因此能获得期望的值。
在上述方式中，能够校正半导体器件中安装的滤波器装置的偏差。
接下来描述偏差能够被校正的常规滤波器装置。
图4为表示常规滤波器装置结构的例子的电路方框图。在图4中，参考标号11和12分别表示参考信号发生源和参考滤波器。另外，参考标号13表示在这里由乘法器电路形成的相位差检测器。参考标号14和15分别表示控制电压发生器和执行基本信号处理的主滤波器。在这些构成元件中，参考滤波器12和主滤波器15由上述滤波器电路形成，并且图2中所示的第一电阻3和第二电阻4的电阻值R能够利用控制电压发生器14输出的控制电压被改变。作为改变电阻值的一种方法，例如，电阻由MOS晶体管形成，并且改变MOS晶体管的电导。
接下来描述具有上述结构的滤波器装置的操作。
其中，由参考信号发生源11产生的参考信号vs(t)具有频率fs，该参考信号vs(t)能够用以下的表达式(3)表示：
vs(t)＝A×cos(2π×fs×t)                  …(3)
在以上的表达式(3)中，A和t分别表示vs(t)的振幅和时间。
通过把参考信号vs(t)输入到参考滤波器12获得的输出信号vLPF(t)由以下的表达式(4)表示：
vLPF(t)＝B×cos(2π×fs×t+θ)               …(4)
在以上的表达式(4)中，B和θ分别表示vLPF(t)的振幅和由参考滤波器12引起的相位差。
在设置第一电阻3和第二电阻4的电阻值R、第一电容器5的电容值C1和第二电容器6的电容值C2以使参考滤波器12的截止频率等于参考信号vs(t)的频率fs的情况下，当没有偏差时，相位差θ的值为-90度，当偏差为+30％时，相位差θ的值为-110.6度。
当参考信号vs(t)和参考滤波器12的输出信号vLPF(t)被输入到相位差检测器13时，通过将这些输入信号相乘获得的输出信号vPD(t)表示如下：
vPD(t)＝vs(t)×vLPF(t)
      ＝A×B×(cosθ+cos(4π×fs×t+θ))/2    …(5)
在输出信号vPD(t)中，cosθ是与相位差θ对应的直流分量，并且cosθ与时间t无关。输出信号vPD(t)被输入到控制电压发生器14，使得从控制电压发生器14输出一个控制电压以便可以根据cosθ获得一个能够抵消参考滤波器12的偏差的电阻值。通过对参考滤波器12施加这个控制电压，建立了反馈回路，并从而校正了偏差，因此使参考滤波器12的截止频率一直等于参考信号vs(t)的频率fs。
通过构造一个连接，使得甚至在利用控制电压发生器14产生的控制电压来改变主滤波器15的电阻值的情况下，也能够校正主滤波器15的偏差。
利用上述结构，可以避免在半导体器件生产过程中必然会发生的偏差的滤波器装置，可以安装在半导体器件中(例如JP2002-76842A，4-7页及图1)。
但是，在上述常规结构中，校正偏差需要一直建立一个反馈回路，从而与基本信号处理***不相关的构成部件，比如参考滤波器、相位差检测器和控制电压发生器必须始终工作。由于这个原因，很难实现滤波器装置的电流消耗的减少，这是它的缺点。
发明内容
鉴于前述的问题，本发明的目的是提供一种能够容易地实现电流消耗的减少并且能够校正它的偏差的滤波器装置。
为了实现上述目的，根据本发明的滤波器装置包括：与在常规结构中一样的主滤波器、参考滤波器和相位差检测电路，以及保存与参考滤波器中由于偏差产生的相位差相对应的控制信号的寄存器。
利用这种结构，为了校正偏差，不再需要参考滤波器和相位差检测电路始终工作。因此，在滤波器装置中，能够容易地实现电流消耗的减少。
附图说明
图1为表示根据本发明的一个实施例的滤波器装置的结构的例子的电路方框图。
图2为图1中所示的相位差检测器的输出信号vPD(t)和参考信号vref(t)之间的时序关系图。
图3为表示应用在能够校正偏差的常规滤波器装置中的二阶滤波器电路的基本结构的电路图。
图4为表示能够校正偏差的常规滤波器装置的结构的例子的电路方框图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述本发明的优选实施例。
图1为表示根据本发明的一个实施例的滤波器装置的结构的例子的电路方框图。
在图1中，参考标号11和21分别表示参考信号发生源和分频器。此外，参考标号12表示由如图3中所示的二阶滤波器形成的参考滤波器。参考标号13表示由乘法器电路22和比较器23组成的相位差检测器。参考标号24、25和26分别表示计数器、产生控制信号的解码器和寄存器。参考标号27(1)、27(2)、…、和27(n)表示控制信号线。参考标号15表示主滤波器，其包括：分别具有电阻值R(1)、R(2)、…、和R(n)的n个第一电阻31(1)、31(2)、…、和31(n)，分别与第一电阻31(1)、31(2)、…、和31(n)具有相同的电阻值的n个第二电阻32(1)、32(2)、…、和32(n)，具有电容值C1的第一电容器33，具有电容值C2的第二电容器34，以及用于构成有源滤波器的OP放大器35。
通过被与控制信号线27之一相对应的控制信号激活，而在第一电阻31(1)、31(2)、…、和31(n)中以及第二电阻32(1)、32(2)、…、和32(n)中进行选择。在以下的描述中，n个第一电阻31(1)、31(2)、…、和31(n)也被共同称为第一电阻31，以及n个第二电阻32(1)、32(2)、…、和32(n)也被共同称为第二电阻32。
接下来描述根据具有上述结构的实施例的滤波器装置的操作。
由参考信号发生源11产生的参考信号vref(t)被输入到具有分频比div的分频器21中，并且根据分频器21的输出获得分频后的信号vs(t)。当分频后的信号vs(t)被输入到参考滤波器12中时，在参考滤波器12的输出信号vLPF(t)中，由参考滤波器12产生了相对于分频后的信号vs(t)的相位差θ。
与常规情况相似，在设置第一电阻31和第二电阻32的电阻值R、第一电容器33的电容值C1和第二电容器34的电容值C2以使参考滤波器12的截止频率等于参考信号vs(t)的频率fs的情况下，当没有偏差时，相位差θ的值为-90度，当偏差为+30％时，相位差θ的值为-110.6度。
与常规情况相同，参考滤波器12的输出信号vLPF(t)被输入到相位差检测器13，并且在乘法器电路22中被乘以分频后的信号vs(t)从而获得信号vPD(t)，但是在这种情况下，与常规情况不同的是：输入信号之一不是参考信号而是分频后的信号。
乘法器电路22的输出信号vPD(t)被输入到比较器23中，并且与一个预定的参考电平进行比较，从而得到矩形波信号VPD(t)作为相位差检测器13的输出信号。矩形波信号VPD(t)的频率是分频后的信号vs(t)的频率的两倍，并且矩形波信号VPD(t)的占空比D根据参考滤波器12产生的相位差θ而变化。这里，占空比D是指矩形波信号VPD(t)处在高电平的时间段与矩形波信号VPD(t)的周期的比值。利用相位差θ，能够用以下的表达式(6)表示占空比D：
D＝(180-θ)/180                  …(6)
例如，当参考滤波器12中的偏差为+30％时，占空比D的值为0.39，当参考滤波器12中没有偏差时，占空比D的值为0.5。
从相位差检测器13输出的矩形波信号VPD(t)被输入到计数器24中，并且根据作为时钟的参考信号vref(t)被计数。图2为输入到计数器24中的矩形波信号VPD(t)和参考信号vref(t)之间的时序关系图，其中分频器21的分频比div为32。在图2中，参考标号S1表示参考信号vref(t)。此外，参考标号S2表示在CR乘积中没有偏差时得到的矩形波信号VPD(t)，参考标号S3表示在CR乘积中偏差为+30％时得到的矩形波信号VPD(t)。
计数器24在矩形波信号VPD(t)为高电平的时间段中计数参考信号vref(t)的数量。在图2中，当没有偏差时，计数数量Pcnt为8，当偏差为30％时，计数数量Pcnt为6.17或舍弃小数部分后的6。利用分频比div，占空比D和计数数量Pcnt之间的关系能够通过以下的表达式(7)表示：
Pcnt＝div×D/2                    …(7)
因此，根据以上的表达式(6)和(7)，由参考滤波器12产生的相位差θ和计数数量Pcnt之间的关系通过以下的表达式(8)表示：
Pcnt＝div×(180-θ)/360           …(8)
但是，对于表达式(7)和(8)给出的每个值，舍弃了该值的小数点右边的数字。当偏差为-30％到+30％时，其中分频器21的分频比div为32，由表达式(8)给出的计数数量Pcnt根据CR乘积中的偏差量具有在6到10之间的5个值中的一个。计数数量Pcnt被输入到解码器25中，与计数数量Pcnt相对应的控制信号被输出，并且被保存在寄存器26中。
在这种情况下，寄存器26保存的控制信号根据偏差量激活五个控制信号线27(1)、27(2)、…、和27(5)中的任何一个，从而选择第一电阻31(1)、31(2)、…、和31(5)中的相应的一个电阻和第二电阻32(1)、32(2)、…、和32(5)中的相应的一个电阻。
主滤波器15能够具有一个由第一电阻31和第二电阻32中的这些选择的电阻、第一电容器33和第二电容器34确定的截止频率。
例如，假设当偏差为+30％时，计数器24的计数数量Pcnt为6，并且在这种情况下控制信号线27(1)选择具有电阻值R(1)的第一电阻31(1)和第二电阻32(1)。电阻值R(1)被校正为当CR乘积中没有偏差时使得滤波器具有期望的截止频率的电阻值R的0.816倍，并且从而获得了+6.1％的视在偏差量。在这种情况下，获得了相对于期望值的截止频率-5.7％，并且从而相对于没有执行校正的其结果为从期望的截止频率产生-23％的偏差量的情况，能够取得实质的进步。
表1示出了相对于CR乘积的偏差量的参考滤波器12的相位差θ、计数器24的计数数量Pcnt、电阻校正值、和校正后CR乘积中的视在偏差量的例子。但是，在表1中，只考虑了在电阻值和电容值乘积中的偏差，没有考虑其它因素，比如：在例如组成滤波器的元件的温度属性的偏差、相位差检测器13的检测精度的偏差、和计数器24的计数精度等方面的偏差和错误的量。
                                      表1
    CR乘积中的偏差(％)      相位差θ(度)  计数数量Pcnt  电阻校正值   校正后CR乘积中的视在偏差
30 15.1 -110.6 -101.3  6  0.816 6.1 -6.1
15 0.1 -101.2 -90.1  7  0.930 6.9 -6.9
0 -13 -90.0 -78.8  8  1.070 7.0 -7.0
-13.1 -25 -78.7 -67.6  9  1.235 7.4 -7.4
-25 -30 -67.5 -62.7  10  1.380 3.4 -3.4
如上所述，根据这个实施例，用于校正偏差的控制信号被保存在寄存器中，该偏差能够作为检测参考滤波器的相位差的结果而获得，因此一旦检测到偏差，就不再需要用于检测偏差的参考滤波器和相位差检测器，并且能够停止他们的操作。
作为例子描述了基本上具有图3所示的二阶滤波器的电路结构的参考滤波器和主滤波器的实施例。但是，本发明不限于此，可以应用具有任何电路结构的滤波器，只要参考滤波器由二阶滤波器形成，主滤波器由任意阶的滤波器形成，并且使用了安装在半导体器件中的电阻和电容器。
另外，作为例子描述了电阻值被校正的情况的实施例。但是，本发明不限于此，并且也有可能校正电容器的电容值。另外，电阻值和电容值也能够被校正以获得这些值的校正后的乘积。
另外，可以应用具有任意电路结构的相位差检测器，只要相位差检测器根据参考滤波器产生的相位差来输出具有占空比的矩形波信号即可。
如以上讨论中所述，本发明提供了能够提供一个良好的滤波器的特定的效果，其中用于选择主滤波器的截止频率的控制信号的值被保存在寄存器中，并且从而能够停止参考滤波器和相位差检测器的操作，从而容易地实现电流消耗的减少，并且它的偏差也能够被校正。

Claims (1)

1.一种滤波器装置，包括：
参考信号发生源，用于产生参考信号；
分频器，用于对所述参考信号进行分频以输出分频后的信号；
参考滤波器，用于接收所述分频后的信号作为输入信号；
相位差检测器，用于接收所述参考滤波器的输出信号和来自所述分频器的所述分频后的信号作为输入信号，并且输出具有与所述参考滤波器产生的相位差相对应的占空比的信号；
计数器，用于接收由所述相位差检测器输出的信号和参考信号作为输入信号，并且计数与所述参考滤波器产生的相位差相对应的占空比；
解码器，用于根据所述计数器的输出信号来解码用于校正偏差的控制信号；
寄存器，用于保存从所述解码器输出的控制信号，并且输出该控制信号；和
主滤波器，用于根据从所述寄存器输出的控制信号来执行选择截止频率的信号处理。
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