電荷共享時域濾波器制造技術

一種時域濾波的方案是使用無源電荷共享方法來實現無限脈沖響應濾波。輸入信號的延遲采樣被存儲為第一陣列電容器的電容器上的電荷，輸出信號的延遲采樣被存儲為第二陣列電容器的電容器上的電荷。將第一和第二陣列的電容器彼此無源耦合來確定輸出，根據耦合的電容器上的總電荷來確定輸出。在一些示例中，在存儲第二陣列電容器上的輸出之前，向總電荷應用增益。在一些示例中，在將電容器耦合來形成輸出之前，向存儲在陣列上的電荷應用電荷縮放電路。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】電荷共享時域濾波器相關申請的交叉引用本申請要求2011年6月6日提交的美國臨時申請號61/493893（名稱為“電荷共享IIR濾波器（CHARGESHARINGIIRFILTER）”）、2011年8月18日提交的PCT申請號PCT/US11/48278（名稱為“電荷共享模擬計算電路和應用（CHARGESHARINGANALOGCOMPUTATIONCIRCUITRYANDAPPLICATIONS）”、并在2012年2月23日公開為WO2012024507）的優先權，每個申請的內容通過援引加入本申請。本申請相關于，但是沒有要求2012年5月29日公布的美國專利8188753（名為“模擬計算（ANALOGCOMPUTATION）”）、和2012年5月29日提交的美國專利申請13/482112的申請日的權益，它們的內容也通過援引加入本申請。
本專利技術涉及利用電荷共享技術的時域濾波和濾波器。
技術介紹
時域濾波器一般被分類為有限脈沖響應濾波器（FIR濾波器）或者無限脈沖響應濾波器（IIR濾波器）。FIR濾波器僅基于輸入信號的值的有限歷史計算其輸出信號，而IIR濾波器基于輸入信號的值和輸出信號的先前值計算其輸出信號（即，IIR濾波器是遞歸的）。常規的數字時域濾波器接收數字化的、離散時間（例如采樣）的輸入信號，并產生數字化的、離散時間的輸出信號，該輸出信號包含采樣的輸入信號的經更改的版本。該濾波器一般使用諸如專用的數字信號處理芯片（DSP）的數字硬件來實現。該濾波器的各種設計及其關聯的優點、缺點和應用是本領域周知的，在本申請中不進一步討論。離散時間、或一般而言離散采樣（例如空間采樣）的時域濾波已使用模擬信號實現。例如，廣泛使用的是經常被稱為“開關電容器”的濾波器，一般利用使用有源放大器級的電荷轉移的技術，由此在放大器級的輸入處的電容元件上的電荷表示的信號被轉移為在放大器級的輸出處的電容元件上的電荷。直接處理模擬信號的電路的優點在于，與使用數字信號處理器的數字算術單元相比，避免了將信號電平轉換為數字形式的需要，減少了處理模擬形式和/或更高的時鐘速率的信號電平所需的電路資源。離散時間的模擬信號處理的另一個方案利用有源元件來組合模擬信號。例如，實現有限脈沖響應濾波器的一個方案使用用來存儲信號值的電容器陣列（例如抽頭延遲線），縮放（scale）陣列的輸出處的電壓的帶有可控增益的一組模擬乘法器，和/或在組合之前用來確定濾波器的輸出的積分器。
技術實現思路
在一個方面中，一般而言，一種時域濾波的方案是使用無源電荷共享方法來實現無限脈沖響應濾波。輸入信號的延遲采樣被存儲為第一電容器陣列的電容器上的電荷，輸出信號的延遲采樣被存儲為第二電容器陣列的電容器上的電荷。將第一和第二陣列的電容器彼此無源耦合來確定輸出，根據耦合的電容器上的總電荷來確定輸出。在一些示例中，在將輸出存儲第二陣列電容器上之前，向總電荷應用增益。在一些示例中，在將電容器耦合來形成輸出之前，向存儲在陣列上的電荷應用電荷縮放電路。在另一個方面中，一般而言，信號處理設備具有第一離散時間模擬信號濾波器部。該第一部包含：輸入，用于接受時間序列的輸入信號值；輸出，用于提供時間序列的輸出信號值；模擬信號存儲部，包括多個電容器；以及多個開關元件。開關電路元件可配置為：（a）根據輸入信號值的連續值，對多個電容器的第一多個子集中的電容器的連續子集充電；（b）將多個電容器的第二多個子集中的兩個以上電容器的連續子集耦合，來形成時間序列的中間信號值的連續值；以及（c）根據中間信號值的連續值，對多個電容器的第三多個子集中的兩個以上電容器的連續子集充電。該部還包含：用于根據時間序列的中間值形成時間序列的輸出信號值的電路；以及控制邏輯，用于以時鐘信號的連續相位來控制開關電路元件的配置來形成時間序列的輸出信號值，作為期望的無限脈沖響應濾波器至時間序列的輸入信號值的應用。各方面可以包含一個或多個下面的特征。信號存儲部包括第一存儲部和第二存儲部，其中，（a）第一多個子集中的電容器的子集由第一存儲部的電容器形成；（b）第二多個子集中的每個子集由第一存儲部和第二存儲部兩者中的電容器形成；以及（c）第三多個子集中的子集由第二存儲部的電容器形成。設備還包含有源電路，用于根據連續中間信號值對電容器的第三多個子集中的連續子集充電。開關電路元件可配置為使存儲部中電容器上的至少一些電荷根據可配置的因子縮放。設備還包含耦合至第一濾波器部的至少第二離散時間模擬信號濾波器部，使得第一部的時間序列的輸出值形成用于第二部的時間序列的輸入值。第一濾波器部和第二濾波器部的每個可配置為實現無限脈沖響應濾波器。該設備還包含耦合至第一濾波器部的至少第二離散時間模擬信號濾波器部，使得第二部的時間序列的輸出值形成用于第一部的時間序列的輸入值。第二濾波器部包含FIR抽取濾波器。第一濾波器部實現具有限于采樣的延遲的延遲期（delayterm）的無限脈沖響應濾波器，第一存儲部包含電容器的陣列，第二存儲部包含電容器的陣列。該設備還包含用于時鐘信號的輸入，其中，控制邏輯包括用于配置數據的數字存儲、用于組合時鐘信號和配置數據以控制開關電路元件的邏輯電路。各方面可以包含一個或多個下面的優點。基于電荷共享技術的無源縮放電路可以被用于實現時域和頻域數字濾波器設計。該實施方式可以提供在信號處理應用（諸如助聽器、或模數轉換器（ADC）的前端）中占用面積（footprint）小的低功率和濾波。作為示例應用，使用該電荷共享的濾波器可以被用作：抗混疊濾波器，以防止獲取信號中的混疊；陷波濾波器，可以去除不希望的信號分量，諸如線路頻率哼聲（hum）（例如60Hz的哼聲）。在其他示例中，使用電荷共享技術的高通濾波器可以被用于在信號被數字化之前，消除信號中的基線漂移（即DC偏移）。在一些示例中，上述方案可以被用于在諸如集成電路的自包含設備上實現可配置的數字濾波器設計。使用該集成電路可以允許系統設計者通過避免需要使用數字信號處理硬件來節約成本和限制功耗。本專利技術的其他特征和優點可從下面的說明和權利要求中明了。附圖說明圖1是時域濾波器系統。圖2是固定的二階時域IIR濾波器。圖3是可配置的二階時域IIR濾波器。圖4是可配置的二階時域的IIR濾波器的細節圖。圖5示出可配置的二階時域IIR濾波器的存儲器加載相位。圖6示出可配置的二階時域的IIR濾波器的第一電荷轉移相位。圖7示出可配置的二階時域的IIR濾波器的第二電荷轉移相位。圖8示出可配置的二階時域的IIR濾波器的輸出相位。圖9a-9d示出用于應用可配置的二階時域IIR濾波器的單一的濾波器系數的第一模式。圖10a-10d示出用于應用可配置的二階時域IIR濾波器的單一的濾波器系數的第二模式。具體實施方式1系統總覽參考圖1，示例性濾波器系統100接收模擬輸入信號102和時鐘信號101作為輸入，并向輸入信號應用離散時間濾波以提供輸出信號104。濾波器系統100實現電荷共享離散時間模擬濾波器，其根據從外部濾波器配置模塊106提供的濾波器配置指令/數據107來處理輸入信號102。在該示例中，輸出信號104被傳遞給下游組件，在本例中為模數轉換器118。應該理解的是濾波器系統100僅僅是提供的此類濾波器的配置的一個示例，以示出使用的技術，應該本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種信號處理設備，包括第一離散時間模擬信號濾波器部，所述第一離散時間模擬信號濾波器部包括：輸入，用于接受時間序列的輸入信號值；輸出，用于提供時間序列的輸出信號值；模擬信號存儲部，包括多個電容器；開關電路元件，可配置為：（a）根據所述輸入信號值的連續值，對所述多個電容器的第一多個子集中的電容器的連續子集充電，（b）將所述多個電容器的第二多個子集中的兩個以上電容器的連續子集耦合，來形成時間序列的中間信號值的連續值，以及（c）根據所述中間信號值的連續值，對所述多個電容器的第三多個子集中的電容器的連續子集充電；用于根據所述時間序列的中間值形成所述時間序列的輸出信號值的電路；控制邏輯，用于以時鐘信號的連續相位控制所述開關電路元件的配置來形成所述時間序列的輸出信號值，作為期望的無限脈沖響應濾波器至所述時間序列的輸入信號值的應用。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.06.06 US 61/493,893;2011.08.18 US PCT/US20111.一種信號處理設備，包括第一離散時間模擬信號濾波器部，所述第一離散時間模擬信號濾波器部包括：輸入，用于接受時間序列的輸入信號值；輸出，用于提供時間序列的輸出信號值；模擬信號存儲部，包括多個電容器；開關電路元件，可配置為：(a)根據所述輸入信號值的連續值，對所述多個電容器的第一多個子集中的電容器的連續子集充電，(b)將所述多個電容器的第二多個子集中的兩個以上電容器的連續子集耦合，來形成時間序列的中間信號值的連續值，以及(c)根據所述中間信號值的連續值，對所述多個電容器的第三多個子集中的電容器的連續子集充電；用于根據所述時間序列的中間信號值形成所述時間序列的輸出信號值的電路；控制邏輯，用于以時鐘信號的連續相位控制所述開關電路元件的配置來形成所述時間序列的輸出信號值，作為期望的無限脈沖響應濾波器至所述時間序列的輸入信號值的應用。2.如權利要求1所述的設備，其中所述信號存儲部包括第一存儲部和第二存儲部，其中，(a)所述第一多個子集中的電容器的子集由所述第一存儲部的電容器形成；(b)所述第二多個子集中的每個子集由所述第一存儲部和第二存儲部兩者的電容器形成；以及(c)所述第三多個子集中的子集由所述第二存儲部的電容器形成。3.如權利要求1所述的設備，還包括：有源電路，用于根據所述中間信號的連續值，對所述電容器的第三多個子集中的連續子集充電。4.如權利要求1所述的設備，其中所述開關電路元件可配置為使所述存儲部中的電容器上的至少一些電荷根據可配置的因子縮放。5.如權利要求1所述的設備，還包括：耦合至所述第一離散時間模擬信號濾波器部的至少第二離散時間模擬信號濾波器部，使得所述第一離散時間模擬信號濾波器部的時間序列的輸出值形成用于所述第二離散時間模擬信號濾波器部的時間序列的輸入值。6.如權利要求5所述的設備，其中，所述第一離散時間模擬信號濾波器部和所述第二離散時間模擬信號濾波器部的每個可配置為實現無限脈沖響應濾波器。7.如權利要求1所述的設備，還包括：耦合至所述第一離散時間模擬信號濾波器部的至少第二離散時間模擬信號濾波器部，使得所述第二離散時間模擬信號濾波器部的時間序列的輸出值形成用于所述第一離散時間模擬信號濾波器部的時間序列的輸入值。8.如權利要求7所述的設備，其中，所述第二離散時間模擬信號濾波器部包含FIR抽取濾波器。9.如權利要求2所述的設備，其中，所述第一離散時間模擬信號濾波器部實現具有限于N個采樣的延遲的延遲期的無限脈沖響應濾波器，所述第一存儲部包含(N+1)2個電容器的陣列，并且所述第二存儲部包含N2個電容器的陣列。10....

【專利技術屬性】
技術研發人員：E·內斯特勒，J·維納蒂，V·茲拉特科維奇，K·南達，
申請(專利權)人：美國亞德諾半導體公司，
類型：
國別省市：