[其他]分取濾波器

無效

• 申請號: 85109426
• 申請日: 1985-12-30
• 公開（公告）號: CN85109426A
• 公開（公告）日: 1987-01-21
• 發明（設計）人: 羅杰·科爾貝克;彼得·吉林厄姆
• 申請（專利權）人: 米特爾公司
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 吳秉芬

總的來說，本發明是關于一種濾波器;特別是指一種轉換電容分取（decimating）濾波器

眾所周知，對于象轉換電容濾波器這樣的取樣數據系統所加的輸入信號，為防止混淆起見，要求有頻帶的限制。一般情況下，要將防混（anti-aliasing）前置濾波器接到轉換電容濾波器的輸入級。對于一個工作在預定取樣頻率、且具有預定截止頻率的低通轉換電容濾波器而言，要求防混濾波器對輸入信號的頻帶限制應不大于預定取樣頻率減去預定截止頻率的頻率值。

模似防混濾波器先有技術一般采取有源阻容濾波器的形式，并將其和轉換電容濾波器一道制造在一個集成電路芯片上。通常，阻容濾波器是在多晶硅或芯片的擴散層實現的，因而制造過程中的不精確性往往導致大的容差，致使濾波器的性能下降。

防混濾波器另一種先有技術采用外部的即桿式調諧阻容濾波器。但這種作法有缺點，即外部阻容濾波器的成本可能要超過轉換電容濾波器。而且，由于工藝上的限制給電容器和電阻器的數值造成容差，使單塊有源阻容濾波器大都具有相當高的極點頻率。

第二種有關昂貴的防混濾波器的先有技術是增加轉換電容濾波器的取樣頻率。于是，防混濾波器的通帶顯著增大。這樣對模似濾波器的要求可以不太嚴格，從而可采用成本低且易于制造的阻容防混濾波器。但是，增加轉換電容濾波器的取樣頻率通常會加大各種電容器電容值的離散，還會增加濾波器響應對寄生電容與設計容差的敏感性，因而會導致濾波器的靈敏度變壞。

更進一步的方案是增加轉換電容濾波器輸入級的取樣頻率，接著再用一個低成本的模似防混濾波器濾波。這一方案在分取技術中已為人知。

通過對一有限頻帶的輸入信號在等于轉換電容濾波器取樣頻率整數倍的第一個頻率上進行取樣，轉換電容濾波器幅度響應的傳遞函數在第一個頻率的分諧波上出現零點。因此，前述模似防混濾波器僅當有限頻帶輸入信號的頻率小于第一個頻率減去轉換電容濾波器的截止頻率時才有需要。

一篇題為“轉換電容分取與內插電路”的文章曾介紹了這種分取技術。該文作者是羅比克·格里高瑞安（Roubik????Gregorian）和威廉·E·尼科爾松（William·E·Nicholson），發表在“IEEE????Transactions????on????Circuits????and????systems”，vol.CAS-27，No.6，June1980，Pages????509-154。根據格里高瑞安的技術，以轉換電容取樣頻率的兩倍對輸入信號取樣，完成分取。因此，僅當有限頻帶輸入信號的頻率等于取樣頻率減去轉換電容截止頻率的兩倍時，才需要輸入模似防混濾波器。

但是，格里高瑞安的電路會因為在集成電路上的互連而產生許多雜散電容。這些雜散電容使得輸入信號當頻率等于取樣頻率時，具有有限的衰減。如前所述，要求濾波器的傳遞函數在取樣頻率上為零（亦即為無限的衰減），否則一般情況下將發生混淆的現象。

另一種分取技術披露在題為“與防混分取濾波器相結合的低頻集成轉換電容低通濾波器”的文章中，該文作者是丹尼爾·C·馮格魯尼金（Daniel????C.Von????Grunigen）等人，發表在“IEEE????Journal????of????Solid-State????Circuits”，vol·SC-17，No.6，December????1982，page????1024。

馮格魯尼金等人的電路克服了格里高瑞安電路中有雜散電容的缺點，但需要復雜的定時形成電路，以便以幾倍于濾波器取樣速率的速率對輸入信號取樣。

再者，還發現馮格魯尼金等人的電路雖適用于低輸入信號頻率的系統（例如生物電子學系統），但不適于象數字信號傳輸系統這樣的高輸入信號頻率的系統。例如，在傳輸速率為2.56兆赫的典型的數字信號傳輸系統中，每次取樣轉接電容器的過程約需200毫微秒以便使電容器充電并使內部運算放大器穩定到最終輸出電平。一般來說，內部電容器和運算放大器設計上的限制將禁止對頻率高于2.56兆赫的輸入信號取樣。

按照本發明，加到取樣數據系統（例如一個轉換電容濾波器）的輸入信號先由一個簡單的阻容模似防混低通濾波器以眾所周知的方法濾波，然后在取樣時鐘信號的兩個相位上被取樣。由于輸入信號是在取樣時鐘信號的兩個相位上被取樣的，故該信號被有效地取樣發生在取樣時鐘信號頻率的二倍的頻率上，造成分取。輸入信號的被取樣信號經過積分、濾波，并再次在取樣數據系統的頻率上被取樣。這時，它通常約等于取樣時鐘信號頻率的一半。