一种具有增益的高谐波抑制N通道滤波器

一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器
技术领域
1.本发明涉及滤波器领域，尤其涉及一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器。


背景技术：

2.近年来，随着各种无线电频率以及5g信号的发展，人们对于无线电通信系统的要求也越来越高。而目前所需要收集信号最主要的就是接收机，而滤波器作为滤除不必要的信号的部分，对于接收机来说至关重要。表面声波(saw)或体声波(baw)滤波器作为传统接收机最为常用的结构，其虽然有出色的性能，但是占用面积大以及中心频率不可调是其很大的缺陷。对于需要m个频率的接收机，如果使用表面声波或体声波滤波器则不得不使用m个中心频率的滤波器，这使得传统的接收机总体面积较大且耗费的成本较高。与之前的滤波器相比，n通道滤波器有着较高的品质因素并且相对来说易于集成，并且其中心频率可调。对于目前的接收机的基本模块来说，是个非常值得选择的结构。
3.目前，传统的n通道滤波器并不能抑制奇次谐波以及偶次谐波，并且没有正增益。这导致了传统的n通道滤波器产生的奇偶次谐波会混叠到基波从而干扰我们想要的信号，并且没有正增益会导致滤波器整体的噪声表现较差且难以更好地适配接收机中的其他部分。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，旨在解决目前n通道滤波器并不能抑制奇次谐波以及偶次谐波，没有正增益的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，包括滤波器、低噪声放大器组，跨导放大器组和滤波组；所述低噪音放大器组包括m个低噪音放大器，所述跨导放大器组包括n个跨导放大器，所述滤波组包括n个开关电容电路，所述低噪音放大器与所述跨导放大器之间数量比为2比1，所述开关电容电路与所述低噪音放大器之间的数量比为1比1，将每个所述低噪声放大器分别与所述跨导放大器的两个输入端相连，n个所述跨导放大器的输出端与分别所述滤波器的一条支路连接。
6.其中，所述开关电容电路包括n个第一开关场效应管，一个电容和一个第二开关场效应管，n个所述第一开关场效应管的源极分别与跨导放大器的输出端相连，n个所述第一开关场效应管的栅极均输入时钟发生信号，n个所述第二开关场效应管的漏极全部连接在一起并与所述电容相连，所述电容与n个所述第一开关场效应管的漏极的结点与所述开关场效应管的源极相连，所述电容的另一端接地，所述第二开关场效应管的栅极输入时钟发生信号，所述第二开关场效应管的漏极作为电路的输出端。
7.其中，n个所述第一开关场效应管以及所述第二开关场效应管的栅极都输入时钟发生信号，所述时钟发生信号由片外的时钟发生电路产生，所述时钟发生信号为方波，所述方波的周期为ts，n个所述第一开关场效应管的输入时钟发生信号之间有ts/n的相移。
8.其中，所述第二开关场效应管的输入时钟发生信号与n个所述第一开关场效应管
的输入时钟发生信号相同。
9.其中，所述跨导放大器的两个输入端都与两个所述低噪声放大器的输出端相连，所述跨导放大器的正输出端依次与所述第一开关场效应管的前n/2个的源极相连，所述跨导放大器的两个输出端依次与所述第一开关场效应管的后n/2个的源极相连。
10.其中，所述低噪声放大器的输入端作为具有增益的高谐波抑制所述滤波器的输入端，所述低噪声放大器的输出端与所述跨导放大器的输入端相连。
11.其中，所述第一开关场效应管的输入端通过输入电阻rs与待滤波的信号源连接。
12.所述第二开关场效应管的漏极作为电路的输出端通过负载电阻r
l
接地
13.其中，所述低噪声放大器是由反馈电阻形成自偏置的反相放大器，所述低噪声放大器包括p沟道的场效应管g
mp
、n沟道的场效应管g
mn
以及电阻r
f1
，所述场效应管g
mp
的栅极与场效应管g
mn
的栅极连接，所述场效应管g
mp
的漏极与场效应管g
mn
的漏极连接，所述场效应管g
mp
的源极接电源，所述场效应管g
mn
的源极接地，所述电阻rf连接于所述场效应管g
mp
的栅极与漏极之间。
14.其中，所述跨导放大器是由反馈电阻形成的全差分的跨导放大器，所述跨导放大器包括p沟道的场效应管g
mp1
，g
mp2
、n沟道的场效应管g
mn1
，g
mn2
以及电阻r
f21
，r
f22
，r1，r2，r3，r4，所述r1一端与电源和r2的一端相连，另一端与场效应管g
mp1
的源极相连，所述场效应管g
mp1
的栅极和所述场效应管g
mp2
的栅极相连，所述场效应管g
mp1
的漏极与电阻r
f21
的一端相连，所述场效应管g
mp2
的源极与r2的一端相连，另一端与r1相连，所述场效应管g
mp2
的漏极与r
f22
的一端相连，所述电阻r
f22
的一端与所述场效应管g
mp2
的漏极相连，另一端与所述场效应管g
mn2
的漏极相连，所述电阻r
f21
的一端与所述场效应管g
mp1
的漏极相连，另一端与所述场效应管g
mn1
的漏极相连，所述场效应管g
mn1
的栅极输入负端输入信号，所述场效应管g
mn1
的源极与所述电阻r3相连，所述场效应管g
mn2
的栅极输入正端输入信号，所述场效应管g
mn2
的源极与所述电阻r4相连，所述电阻r3的另一端与所述电阻r4相连，并且与一个可控电流源相连，所述可控电流源的另一端接地。
15.本发明的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，所述低噪声放大器用于提高所述道滤波器的整体增益并且降低所述滤波器的整体噪声，所述跨导放大器用于对于所述滤波器的每一条支路流过的信号进行加权重组，将以方波形式的输入信号拟合为正弦波以此消除信号的谐波，所述滤波组用于对信号源输出的信号进行滤波，所述数量n为双数，解决了目前n通道滤波器并不能抑制奇次谐波以及偶次谐波，没有正增益的问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
17.图1是本发明的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器的电路结构图。
18.图2是本发明的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器的低噪声放大器lna的电路原理图。
19.图3是本发明的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器的跨导放大器的电路原理图。
20.图4为正弦拟合原理图。
21.图5为一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器的频率响应图(横坐标input frequency为频率，纵坐标gain response为增益)。
22.图6为一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器的谐波抑制性能图(横坐标center frequency为中心频率，纵坐标hd为谐波抑制)。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.请参阅图1～图6，对本发明进行以下说明；
25.本发明提供一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器：包括滤波器、低噪声放大器组，跨导放大器组和滤波组。
26.在本实施方式中，所述低噪音放大器组包括m个低噪音放大器，所述跨导放大器组包括n个跨导放大器，所述滤波组包括n个开关电容cp电路，所述低噪音放大器与所述跨导放大器之间数量比为2比1，所述开关电容cp电路与所述低噪音放大器之间的数量比为1比1，将每个所述低噪声放大器分别与所述跨导放大器的两个输入端相连，n个所述跨导放大器g
mi
的输出端与分别所述滤波器的一条支路连接，所述低噪声放大器用于提高所述道滤波器的整体增益并且降低所述滤波器的整体噪声，所述跨导放大器g
mi
用于对于所述滤波器的每一条支路流过的信号进行加权重组，将以方波形式的输入信号拟合为正弦波以此消除信号的谐波，所述滤波组用于对信号源输出的信号进行滤波，所述数量n为双数，解决了目前n通道滤波器并不能抑制奇次谐波以及偶次谐波，没有正增益的问题。
27.n个所述第一开关场效应管以及所述第二开关场效应管的栅极都输入时钟发生信号，所述时钟发生信号由片外的时钟发生电路产生，所述时钟发生信号为方波，所述方波的周期为ts，n个所述第一开关场效应管的输入时钟发生信号之间有ts/n的相移，所述第二开关场效应管的输入时钟发生信号与n个所述第一开关场效应管的输入时钟发生信号相同。
28.所述低噪声放大器lna的输入端作为一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器的输入端，所述低噪声放大器lna的的输出端与所述跨导放大器g
mi
的输入端相连。在使用时，输入信号通过低噪声放大器的放大能力来获得较高的增益，在本发明优选实施例中，所述低噪声放大器lna，反馈电阻形成自偏置的反相放大器，包括p沟道的所述场效应管g
mp
、n沟道的所述场效应管g
mn
以及电阻r
f1
，所述场效应管g
mp
的栅极与场效应管g
mn
的栅极连接，所述场效应管g
mp
的漏极与所述场效应管g
mn
的漏极连接，所述场效应管g
mp
的源极接电源，所述场效应管g
mn
的源极接地，所述电阻rf连接于所述场效应管g
mp
的栅极与漏极之间。通过电路理论分析计算可得低噪声放大器lna的电压增益为：
[0029][0030]
上述式中gm1为m1管的跨导，gm2为m2管的跨导，rf为反馈电阻，ro1为m1管的沟道电阻，ro2为m2管的沟道电阻。
[0031]
若满足条件rf(ro1//ro2)远远大于1，则能将等式简化为：
[0032]
av≈-(gm1+gm2)(ro1//ro2//rf)
[0033]
除此之外，通过使用低噪声放大器还可以降低总电路的噪声，通过级联电路噪声公式：
[0034][0035]
式中nfn是第n级电路的噪声，gn是第n级电路的增益，得出所述低噪声放大器lna的增益可以抑制总电路的噪声。
[0036]
所述跨导放大器g
mi
的两个输入端都与两个所述低噪声放大器lna的输出端相连，所述跨导放大器g
mi
的正输出端依次与所述第一开关场效应管的前n/2个的源极相连，所述跨导放大器g
mi
的两个输出端依次与所述第一开关场效应管的后n/2个的源极相连。
[0037]
所述跨导放大器是由反馈电阻形成的全差分的跨导放大器，所述跨导放大器包括p沟道的场效应管g
mp1
，g
mp2
、n沟道的场效应管g
mn1
，g
mn2
以及电阻r
f21
，r
f22
，r1，r2，r3，r4，所述r1一端与电源和r2的一端相连，另一端与场效应管g
mp1
的源极相连，所述场效应管g
mp1
的栅极和所述场效应管g
mp2
的栅极相连，所述场效应管g
mp1
的漏极与电阻r
f21
的一端相连，所述场效应管g
mp2
的源极与r2的一端相连，另一端与r1相连，所述场效应管g
mp2
的漏极与r
f22
的一端相连，所述电阻r
f22
的一端与所述场效应管g
mp2
的漏极相连，另一端与所述场效应管g
mn2
的漏极相连，所述电阻r
f21
的一端与所述场效应管g
mp1
的漏极相连，另一端与所述场效应管g
mn1
的漏极相连，所述场效应管g
mn1
的栅极输入负端输入信号，所述场效应管g
mn1
的源极与所述电阻r3相连，所述场效应管g
mn2
的栅极输入正端输入信号，所述场效应管g
mn2
的源极与所述电阻r4相连，所述电阻r3的另一端与所述电阻r4相连，并且与一个可控电流源相连，所述可控电流源的另一端接地。
[0038]
通过对一个周期的正弦波n等分进行选点，每个点所对应的值就是所述跨导放大器所要的跨导值。通过设置不同的跨导值，从而将n个通道的信号加权模拟为正弦波，从而抑制谐波。将所述开关电容电路的采样时钟信号描述为
[0039][0040]
式中，a0为时钟信号幅度，ws为时钟角频率，i表示电路的第i个通道的时钟信号
[0041]
在本发明的优选实施例中，将n通道滤波器的通道数n设置为8。对于单路的通道来说，假设开关电容电路的输入信号为vin(t)，则可以将其传递函数描述为：
[0042]
道，对于通道数n大于1的多通道滤波器来说，其输出函数可以表示如下：
[0043][0044]
通过使用跨导放大器加权模拟出正弦波信号进行混频，计算推导得的公式可以看出，当n＝kn
±
1时，等式不为0，这意味着使用拟正弦波进行混频时，除去基波以及第kn
±
1次谐波以外，其他谐波都得到了较好的抑制
[0045]
分别在t1～t8时刻的数值作为各个通道跨导放大器的等效输出跨导，则可发现：
[0046]
grn1＝-gm5[0047]
gm2＝-gm6[0048]
gm3＝-gm7[0049]
gm4＝-gm6[0050]
所以通过使用差分结构的跨导放大器，仅需使用两种不同取值的跨导放大器就可以对8通道滤波器进行加权拟合。
[0051]
而在本发明的优选实施例中，n＝8，所以第kn
±
1次谐波，即第7次谐波和第9次谐波，距离基波的频率足够远，对于基波的影响已经很小。
[0052]
所述开关电容电路包括n个第一开关场效应管sw0，sw1…
，sw
n-1
，一个电容cp，以及一个第二开关场效应管swm，n个所述第一开关场效应管的源极分别与跨导放大器的输出端相连，n个所述第一开关场效应管的栅极均输入时钟发生信号，n个所述第二开关场效应管的漏极全部连接在一起并与所述电容cp相连，所述电容cp与n个所述第一开关场效应管的漏极的结点与所述开关场效应管的源极相连，所述电容cp的另一端接地，所述第二开关场效应管的栅极输入时钟发生信号，所述第二开关场效应管的漏极作为电路的输出端
[0053]
以上所揭露的仅为本发明一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，包括滤波器、低噪声放大器组，跨导放大器组和滤波组，其特征在于，所述低噪音放大器组包括m个低噪音放大器，所述跨导放大器组包括n个跨导放大器，所述滤波组包括n个开关电容电路，所述低噪音放大器与所述跨导放大器之间数量比为2比1，所述开关电容电路与所述低噪音放大器之间的数量比为1比1，将每个所述低噪声放大器分别与所述跨导放大器的两个输入端相连，n个所述跨导放大器的输出端与分别所述滤波器的一条支路连接。2.如权利要求1所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述开关电容电路包括n个第一开关场效应管，一个电容和一个第二开关场效应管，n个所述第一开关场效应管的源极分别与跨导放大器的输出端相连，n个所述第一开关场效应管的栅极均输入时钟发生信号，n个所述第二开关场效应管的漏极全部连接在一起并与所述电容相连，所述电容与n个所述第一开关场效应管的漏极的结点与所述开关场效应管的源极相连，所述电容的另一端接地，所述第二开关场效应管的栅极输入时钟发生信号，所述第二开关场效应管的漏极作为电路的输出端。3.如权利要求2所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，n个所述第一开关场效应管以及所述第二开关场效应管的栅极都输入时钟发生信号，所述时钟发生信号由片外的时钟发生电路产生，所述时钟发生信号为方波，所述方波的周期为，n个所述第一开关场效应管的输入时钟发生信号之间有/n的相移。4.如权利要求3所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述第二开关场效应管的输入时钟发生信号与n个所述第一开关场效应管的输入时钟发生信号相同。5.如权利要求1所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述跨导放大器的两个输入端都与两个所述低噪声放大器的输出端相连，所述跨导放大器的正输出端依次与所述第一开关场效应管的前n/2个的源极相连，所述跨导放大器的两个输出端依次与所述第一开关场效应管的后n/2个的源极相连。6.如权利要求2所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述低噪声放大器的输入端作为具有增益的高谐波抑制所述滤波器的输入端，所述低噪声放大器的输出端与所述跨导放大器的输入端相连。7.如权利要求6所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述第一开关场效应管的输入端通过输入电阻与待滤波的信号源连接。8.如权利要求7所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述第二开关场效应管的漏极作为电路的输出端通过负载电阻接地。9.如权利要求8所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述低噪声放大器是由反馈电阻形成自偏置的反相放大器，所述低噪声放大器包括p沟道的场效应管、n沟道的场效应管以及电阻，所述场效应管的栅极与场效应管的栅极连接，所述场效应管的漏极与场效应管的漏极连接，所述场效应管的源极接电源，所述场效应管的源极接地，所述电阻rf连接于所述场效应管的栅极与漏极之间。10.如权利要求5所述的一种具有增益的高谐波抑制n通道滤波器，其特征在于，所述跨导放大器是由反馈电阻形成的全差分的跨导放大器，所述跨导放大器包括p沟
道的场效应管、n沟道的场效应管以及电阻，，所述一端与电源和的一端相连，另一端与场效应管的源极相连，所述场效应管的栅极和所述场效应管的栅极相连，所述场效应管的漏极与电阻的一端相连，所述场效应管的源极与的一端相连，另一端与相连，所述场效应管的漏极与的一端相连，所述电阻的一端与所述场效应管的漏极相连，另一端与所述场效应管的漏极相连，所述电阻的一端与所述场效应管的漏极相连，另一端与所述场效应管的漏极相连，所述场效应管的栅极输入负端输入信号，所述场效应管的源极与所述电阻相连，所述场效应管的栅极输入正端输入信号，所述场效应管的源极与所述电阻相连，所述电阻的另一端与所述电阻相连，并且与一个可控电流源相连，所述可控电流源的另一端接地。

技术总结
本发明涉及滤波器领域，具体涉及一种具有增益的高谐波抑制N通道滤波器，低噪音放大器组包括M个低噪音放大器，跨导放大器组包括N个跨导放大器，滤波组包括N个开关电容Cp电路，低噪音放大器与跨导放大器之间数量比为2比1，开关电容Cp电路与低噪音放大器之间的数量比为1比1，将每个低噪声放大器分别与跨导放大器的两个输入端相连，N个跨导放大器G


技术研发人员：宋树祥 刘畅平 岑明灿
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/6