带通滤波器和振荡电路

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种带通滤波器和振荡电路。

背景技术

带通滤波器(band-pass filter)是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。通常的带通滤波器都需要和单独的一级低噪声放大器结合使用，一般无法提供所选通带的较大增益，往往需要额外加增益级。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种带通滤波器，用以提高带通滤波器的工作性能。

本申请实施例第一方面提供了一种带通滤波器，包括：输入电路，用于把输入的电压信号转换为电流信号后输出；负载电路，连接所述输入电路，用于接收所述电流信号，生成电压信号；调节电路，连接所述负载电路，用于基于所述电压信号调节所述带通滤波器的高频特性和品质因数；反馈电路，所述反馈电路的输入端连接所述调节电路的输出端，所述反馈电路的输出端连接所述输入电路的输入端，用于将所述调节电路的输出信号反馈至所述输入电路。

于一实施例中，所述输入电路为全差分高通电路。

于一实施例中，所述输入电路包括：第一跨导放大器；第一电容，连接所述第一跨导放大器的第一同相输入端；第一电阻，连接所述第一跨导放大器的第一同相输入端；第二电容，连接所述第一跨导放大器的第一反相输入端；第二电阻，连接所述第一跨导放大器的第一反相输入端。

于一实施例中，所述负载电路为全差分低通电路。

于一实施例中，所述负载电路包括：第二跨导放大器，所述第二跨导放大器的同相输入端连接所述第一跨导放大器的反相输出端，所述第二跨导放大器的反相输入端连接所述第一跨导放大器的同相输出端；第一滤波模块，一端连接所述第二跨导放大器的同相输入端，另一端连接所述第二跨导放大器的反相输出端；第二滤波模块，一端连接所述第二跨导放大器的反相输入端，另一端连接所述第二跨导放大器的同相输出端。

于一实施例中，所述调节电路为全差分低通电路。

于一实施例中，所述调节电路包括：第三跨导放大器，所述第三跨导放大器的同相输入端连接所述第二跨导放大器的反相输出端，所述第三跨导放大器的反相输入端连接所述第二跨导放大器的同相输出端；第一阻容电路，一端连接所述第三跨导放大器的同相输入端，另一端连接所述第三跨导放大器的反相输出端；第二阻容电路，一端连接所述第三跨导放大器的反相输入端，另一端连接所述第三跨导放大器的同相输出端。

于一实施例中，所述第一阻容电路包括：第三电阻；第四电阻，与所述第三电阻并联后的第一连接点连接所述第三跨导放大器的反相输出端；第五电阻，连接于所述第三电阻和第四电阻连接后形成的第二连接点；第三电容，一端连接于所述第二连接点，另一端连接于所述第三跨导放大器的同相输入端，与所述第五电阻形成并联；第六电阻，一端连接所述第五电阻，另一端连接所述第三跨导放大器的同相输入端。

于一实施例中，所述第二阻容电路与所述第一阻容电路具有相同的电路结构。

于一实施例中，所述反馈电路包括：第三阻容电路，一端连接所述第三跨导放大器的同相输出端，另一端连接所述第一跨导放大器的第二反相输入端；第四阻容电路，一端连接所述第三跨导放大器的反相输出端，另一端连接所述第一跨导放大器的第二同相输入端。

本申请提供的带通滤波器，采用全差分结构，共模抑制特性和抗干扰特性好；结合低噪声输入级，结构简单，等效输入噪声低；能提供50dB左右的带内增益；实现3阶特性，对高频带外有-40dB/DEC的衰减特性，抑制性好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请一实施例的带通滤波器的结构示意图；

图2为本申请一实施例的带通滤波器的结构示意图；

图3为本申请一实施例的第一跨导放大器的结构示意图；

图4为本申请一实施例的第二跨导放大器的结构示意图。

附图标记：

1-带通滤波器，10-输入电路，20-负载电路，30-调节电路，40-反馈电路，A1-第一跨导放大器、C1-第一电容，R1-第一电阻，C2-第二电容，R2-第二电阻，P1-第一跨导放大器的第一同相输入端，P2-第一跨导放大器的第二同相输入端，N1-第一跨导放大器的第一反相输入端，N2-第一跨导放大器的第二反相输入端，U1-第一跨导放大器的反相输出端，U2-第一跨导放大器的同相输出端，P3-第二跨导放大器的同相输入端，N3-第二跨导放大器的反相输入端，U3-第二跨导放大器的反相输出端，U4-第二跨导放大器的同相输出端，21-第一滤波模块，22-第二滤波模块，31-第一阻容电路，32-第二阻容电路，41-第三阻容电路，42-第四阻容电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例提供一种带通滤波器1，包括：输入电路10、负载电路20、调节电路30和反馈电路40，其中：

输入电路10，用于把输入的电压信号转换为电流信号后输出。输入电路10可以是一个全差分的高通输入模块，把输入差分电压信号转换成输出差分电流信号。

负载电路20连接输入电路10，用于接收电流信号，并对电流信号进行增益处理，生成增益信号。负载电路20可以是一个全差分的低通增益模块，通过负反馈把输入电路10输出的差分电流信号转换为差分电压信号，并联合输入电路10实现差分信号增益。

调节电路30连接负载电路20，用于基于增益信号调节带通滤波器1的品质因数。调节电路30可以是一个全差分的2阶低通模块，可以实现Q值可调范围较大的两个极点，进而实现差分高阻特性。其中Q是滤波器的品质因数，可以用滤波器的中心频率F(单位HZ)与-3dB带宽B(单位HZ)的比值来表达，即Q＝F/B，描述了滤波器分离信号中相邻频率成分的能力。品质因数Q越大，表明滤波器的分辨能力越高。

反馈电路40的输入端连接调节电路30的输出端，反馈电路40的输出端连接输入电路10的输入端，用于将调节电路30的输出信号反馈至输入电路10。反馈电路40可以是一个全差分的低通的反馈通路，可以决定输出信号差分分量的直流工作点。

如图2所示，本实施例提供一种带通滤波器1，其中，输入电路10可以由：第一跨导放大器A1及其外围阻容网络实现，阻容网络可以包括第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第二电容C2组成，其中，第一电容C1，连接第一跨导放大器A1的第一同相输入端P1。第一电阻R1，连接第一跨导放大器A1的第一同相输入端P1。第二电容C2，连接第一跨导放大器A1的第一反相输入端N1。第二电阻R2，连接第一跨导放大器A1的第一反相输入端N1。

于一实施例中，负载电路20包括：第二跨导放大器A2，第二跨导放大器A2的同相输入端P3连接第一跨导放大器A1的反相输出端U1，第二跨导放大器A2的反相输入端N3连接第一跨导放大器A1的同相输出端U2。第一滤波模块21，一端连接第二跨导放大器A2的同相输入端P3，另一端连接第二跨导放大器A2的反相输出端U3。第二滤波模块22，一端连接第二跨导放大器A2的反相输入端N3，另一端连接第二跨导放大器A2的同相输出端U4。

于一实施例中，第一滤波模块21由电容C3和电阻R3组成。

于一实施例中，第二滤波模块22由电容C4和电阻R4组成。

于一实施例中，调节电路30包括：第三跨导放大器A3，第三跨导放大器A3的同相输入端连接第二跨导放大器A2的反相输出端U3，第三跨导放大器A3的反相输入端连接第二跨导放大器A2的同相输出端U4。第一阻容电路31，一端连接第三跨导放大器A3的同相输入端，另一端连接第三跨导放大器A3的反相输出端。第二阻容电路32，一端连接第三跨导放大器A3的反相输入端，另一端连接第三跨导放大器A3的同相输出端。

其中，第一阻容电路31包括：第三电阻R5。第四电阻R6，与第三电阻R5并联后的第一连接点连接第三跨导放大器A3的反相输出端。第五电阻R7，连接于第三电阻R5和第四电阻R6连接后形成的第二连接点。第三电容C5，一端连接于第二连接点，另一端连接于第三跨导放大器A3的同相输入端，与第五电阻R7形成并联。第六电阻R8，一端连接第五电阻R7，另一端连接第三跨导放大器A3的同相输入端。

第二阻容电路32由电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电容C6组成，具有与第一阻容电路31具有相同的电路结构。

于一实施例中，调节电路30还包括电阻R13与电容C7组成的滤波模块，以及电阻R14与电容C8组成的滤波模块。

于一实施例中，调节电路30中的阻容网络可以是一阶低通网络，实现降低对带外高频的抑制能力，也可以实现带通滤波的目的。

于一实施例中，反馈电路40包括：第三阻容电路41，一端连接第三跨导放大器A3的同相输出端，另一端连接第一跨导放大器A1的第二反相输入端N2。第四阻容电路42，一端连接第三跨导放大器A3的反相输出端，另一端连接第一跨导放大器A1的第二同相输入端P2。反馈电路40中电阻上没有直流电流通过，所以直流压降为零，所以第一跨导放大器A1的第二同相输入端P2和第二反相输入端N2两点的直流电压由第三跨导放大器A3的输出点直流电压决定，因此反馈电路40可以决定输出信号差分分量的低频直流工作点。

如图3所示，本实施例提供一种用于输入电路10的第一跨导放大器A1，包括：三极管Q1～三极管Q12、电流源SRC1和电流源SRC2，其中：三极管Q1和三极管Q2组成第一组工作在共源模式的差分输入级，三极管Q3和三极管Q4组成第二组工作在共源模式的差分输入级，三极管Q1、三极管Q2以及三极管Q3、三极管Q4这两组差分输入级把输入差分电压转化为差分电流，工作在开环的状态。三极管Q5和三极管Q6构成一组差分的电流负载，作用是为三极管Q1～三极管Q4提供工作点，同时作为共模负反馈环路的一部分调节这一级的输出共模工作点。三极管Q7和三极管Q8工作在共栅模式，作用是增大输出阻抗，使输出更接近理想电流源。同样，三极管Q9和三极管Q10也工作在共栅模式，配合三极管Q11和三极管Q12形成差分共源共栅负载。

上述第一跨导放大器A1组成的输入电路10的特点如下：

其特点1是工作在开环模式，差分输入电压经第一跨导放大器A1转换成输出差分电流后，全部流经负载电路20的电阻。特点2在于共模输出点由自带共模负反馈决定。特点3在于输入管的跨导大于负载管的跨导，从而实现低等效输入噪声的目的。特点4在于输出电流和反馈电路40的输出相叠加。其中三极管Q1～三极管Q4可以是MOS管(Metal OxideSemiconductor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、JFET(Junction Field-EffectTransistor，结型场效应晶体管，简称“JFET”)、BJT管(Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管，简称“BJT”)中的一种或多种，三极管Q5～三极管Q12是场效应晶体管。

如图4所示，本实施例提供一种用于负载电路20的第二跨导放大器A2，包括：三极管Q13～三极管Q25、电流源SRC3，其中三极管Q13和三极管Q14构成共源状态的差分输入级。三极管Q15和三极管Q16构成差分的电流负载，同时作为共模负反馈的环路一部分控制输出共模工作点。三极管Q17和三极管Q18工作在共栅状态，增大输出阻抗和环路直流增益。三极管Q19～三极管Q22构成共源共栅差分负载。上述三极管Q13～三极管Q22构成上述第二跨导放大器A2的第一级。三极管Q23和三极管Q24构成共源的差分输出管，三极管Q25和三极管Q26构成差分电流负载。上述三极管Q23～三极管Q26构成上述第二跨导放大器A2的第二级。

上述第二跨导放大器A2为全差分的运算放大器，其结合外部的无源电阻电容实现了负载电路20，具有如下特点：

1、工作在闭环模式，电阻电容上吸收来自输入电路10开环输出的电流。2、其共模输出点由自带共模负反馈决定。

于一实施例中，调节电路30中的第三跨导放大器A3可以与第二跨导放大器A2具有相同的内部结构。即可以由全差分的运算放大器结合外部无源电阻电容实现调节电路30，其共模输出点由自带共模负反馈决定。

于一实施例中，反馈电路40由差分输入级和外部低通阻容网络实现。

于一实施例中，输入电路10和/或反馈电路40中，用于将电压转换为电流的输入器件可以是是P型增强型MOS管、N型增强型MOS管、PNP型双极性晶体管、NPN型双极性晶体管、J型场效应管中的一种或多种。

于一实施例中，输入电路10、负载电路20、调节电路30中涉及的全差分电压到电流转换电路和全差分运算放大器可以有多种实现方式，比如可以是基本的共源输入，可以采用共源负载运放、套筒共源共栅运放、折叠共源共栅运放中的一种或多种方式。

上述带通滤波器1，采用全差分结构，共模抑制特性和抗干扰特性好；结合低噪声输入级，结构简单，等效输入噪声低；能提供50dB左右的带内增益；实现3阶特性，对高频带外有-40dB/DEC的衰减特性，抑制性好。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。