一种滤波降频装置与通信接收器。该滤波降频装置，以第一与第二输入端接收前一级装置差动输出的信号，并将处理结果于一输出端输出。该输出端耦接一输出电容。第一输入端与输出端之间设置一第一开关电容网络。第二输入端与输出端之间设置一第二开关电容网络。开关电容网络各包括多个电容、多个充电开关、以及多个电荷整合开关。充电开关用以耦接上述电容至第一(第二)输入端。电荷整合开关用以耦接上述电容至输出端。
输出电容，具有一第一端耦接该输出端，且具有一第二端耦接至接地端；
第一开关电容网络，包括多个第一电容、多个第一充电开关、以及多个第一电荷整合开关，上述第一电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第一充电开关用以耦接上述第一电容的第一端至该第一输入端，这些第一电荷整合开关用以耦接上述第一电容的第一端至该输出端，上述第一电容的第二端耦接至接地端；以及第二开关电容网络，包括多个第二电容、多个第二充电开关、以及多个第二电荷整合开关，上述第二电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第二充电开关用以耦接上述第二电容的第一端至该第二输入端，这些第二电荷整合开关用以耦接上述第二电容的第一端至该输出端，上述第二电容的第二端耦接至接地端。
2.如权利要求1所述的滤波降频装置，其中还包括多个第一放电开关，用以提供上述第一电容放电路径。
3.如权利要求1所述的滤波降频装置，其中还包括多个第二放电开关，用以提供上述第二电容放电路径。
4.如权利要求1所述的滤波降频装置，其中该第一输入信号包括一共模项、以及一负值差动项，且该第二输入信号包括该共模项、以及一正值差动项。
5.如权利要求1所述的滤波降频装置，其中还包括耦接该输出端的一可变电容装置。
6.如权利要求1所述的滤波降频装置，其中还包括一放电电路，耦接该输出端，用以根据一放电时钟放电该输出端电容。
混波器，降频转换一通信信号，以一第一输出端与一第二输出端差动输出一同相信号、且以一第三输出端与一第四输出端差动输出一正交信号；
第一输出电容，具有一第一端耦接该基频同相信号输出端，且具有一第二端耦接至接地端；
第一开关电容网络，包括多个第一电容、多个第一充电开关以及多个第一电荷整合开关，上述第一电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第一充电开关用以耦接上述第一电容的第一端至该混波器的第一输出端，这些第一电荷整合开关用以耦接上述第一电容的第一端至该基频同相信号输出端，上述第一电容的第二端耦接至接地端；以及第二开关电容网络，包括多个第二电容、多个第二充电开关以及多个第二电荷整合开关，上述第二电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第二充电开关用以耦接上述第二电容的第一端至该混波器的第二输出端，这些第二电荷整合开关用以耦接上述第二电容的第一端至该基频同相信号输出端，上述第二电容的第二端耦接至接地端；以及第二滤波降频装置，包括：基频正交信号输出端；
第二输出电容，具有一第一端耦接该基频正交信号输出端，且具有一第二端耦接至接地端；
第三开关电容网络，包括多个第三电容、多个第三充电开关以及多个第三电荷整合开关，上述第三电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第三充电开关用以耦接上述第三电容的第一端至该混波器的第三输出端，这些第三电荷整合开关用以耦接上述第三电容的第一端至该基频正交信号输出端，上述第三电容的第二端耦接至接地端；以及第四开关电容网络，包括多个第四电容、多个第四充电开关、以及多个第四电荷整合开关，上述第四电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第四充电开关用以耦接上述第四电容的第一端至该混波器的第四输出端，这些第四电荷整合开关用以耦接上述第四电容的第一端至该基频正交信号输出端，上述第四电容的第二端耦接至接地端。
8.如权利要求7所述的通信接收器，其中还包括多个第一放电开关，用以提供上述第一电容放电路径。
9.如权利要求7所述的通信接收器，其中还包括多个第二放电开关，用以提供上述第二电容放电路径。
10.如权利要求7所述的通信接收器，其中还包括多个第三放电开关，用以提供上述第三电容放电路径。
11.如权利要求7所述的通信接收器，其中还包括多个第四放电开关，用以提供上述第四电容放电路径。
混波器，降频转换一通信信号，以一第一输出端与一第二输出端差动输出一中频信号；
第一输出电容，具有一第一端耦接该基频同相信号输出端，且具有一第二端耦接至接地端；
第一开关电容网络，包括多个第一电容、多个第一充电开关以及多个第一电荷整合开关，上述第一电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第一充电开关用以耦接上述第一电容的第一端至该混波器的第一输出端，这些第一电荷整合开关用以耦接上述第一电容的第一端至该基频同相信号输出端，上述第一电容的第二端耦接至接地端；以及第二开关电容网络，包括多个第二电容、多个第二充电开关以及多个第二电荷整合开关，上述第二电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第二充电开关用以耦接上述第二电容的第一端至该混波器的第二输出端，这些第二电荷整合开关用以耦接上述第二电容的第一端至该基频同相信号输出端，上述第二电容的第二端耦接至接地端；以及第二滤波降频装置，包括：基频正交信号输出端；
第二输出电容，具有一第一端耦接该基频正交信号输出端，且具有一第二端耦接至接地端；
第三开关电容网络，包括多个第三电容、多个第三充电开关以及多个第三电荷整合开关，上述第三电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第三充电开关用以耦接上述第三电容的第一端至该混波器的第一输出端，这些第三电荷整合开关用以耦接上述第三电容的第一端至该基频正交信号输出端，上述第三电容的第二端耦接至接地端；以及第四开关电容网络，包括多个第四电容、多个第四充电开关以及多个第四电荷整合开关，上述第四电容的两端分别为第一端和第二端，其中，这些第四充电开关用以耦接上述第四电容的第一端至该混波器的第二输出端，这些第四电荷整合开关用以耦接上述第四电容的第一端至该基频正交信号输出端，上述第四电容的第二端耦接至接地端。
13.如权利要求12所述的通信接收器，其中还包括多个第一放电开关，用以提供上述第一电容放电路径。
14.如权利要求12所述的通信接收器，其中还包括多个第二放电开关，用以提供上述第二电容放电路径。
15.如权利要求12所述的通信接收器，其中还包括多个第三放电开关，用以提供上述第三电容放电路径。
16.如权利要求12所述的通信接收器，其中还包括多个第四放电开关，用以提供上述第四电容放电路径。
滤波降频装置与通信接收器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种滤波降频装置(sampling down-conversion filter)。
背景技术
[0002] 传统滤波降频装置主要滤除指定频宽外(stop band)的噪声。由于信号与噪声运作于同一频率响应(frequency response)，指定频宽内(pass band)的噪声会附着于信号上而无法滤除。
[0003] 在噪声消除过程中，以指定频宽内的噪声难以处理。
发明内容
[0004] 本发明的滤波降频装置具有：第一与第二输入端、一输出端、一输出电容、以及第一与第二开关电容网络。第一与第二输入端耦接前一级装置的差动输出端。该滤波降频装置的输出端则耦接该输出电容。第一开关电容网络设置于第一输入端与输出端之间。第二开关电容网络设置于第二输入端与输出端之间。上述开关电容网络各自包括多个电容、多个充电开关、以及多个电荷整合开关。这些充电开关用以耦接上述电容至第一(第二)输入端充电。上述电荷整合开关用以耦接上述电容至该输出端以总和这些电容的电荷于该输出电容。
[0005] 本发明其它实施方式中，开关电容网络还包括多个放电开关，用以提供开关电容网络内电容放电路径。
[0006] 本发明的滤波降频装置可应用于通信接收器中，可设计于通信接收器的混波器后方，用以处理混波器的差动输出端的信号。本发明的通信接收器无须其它装置即可有效消除指定频宽内的共模噪声，同时消除指定频宽外的噪声。
[0007] 为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出多个实施例，并配合附图，作详细说明。
附图说明
[0008] 图1图解本发明滤波降频装置的一种实施方式；
[0009] 图2图解本发明时钟信号的一种实施方式；
[0010] 图3为本发明IIR滤波降频装置一实施方式的频率响应图；
[0011] 图4图解本发明滤波降频装置的另一种实施方式，其频宽可调；
[0012] 图5A有关于图4滤波降频装置，为信号的差动部分的频率响应图；
[0013] 图5B有关于图4滤波降频装置，为信号的共模部分的频率响应图；
[0014] 图6A图解本发明FIR滤波降频装置的一种实施方式；
[0015] 图6B图解本发明时钟信号的一种实施方式；
[0016] 图7为本发明FIR滤波降频装置一实施方式的频率响应图
[0017] 图8图解本发明滤波降频装置的另一种实施方式；以及
[0018] 图9图解本发明通信接收器的一种实施方式。
[0019] 【主要组件符号说明】
[0020] 100～滤波降频装置；
[0021] 102、104～开关电容网络；
[0022] 302、304布号差动、共模部分频率响应图；
[0023] 402～可变电容装置；
[0024] 502、504、506～信号差动部分频率响应图；
[0025] 508、510、512～信号共模部分频率响应图；
[0026] 602～放电电路；
[0027] 702、704布号差动、共模部分频率响应图；
[0028] 802-812～开关电容网络；
[0029] 820～放电电路；
[0030] 822～可变电容装置；
[0031] 902～天线；
[0032] 904～低噪声转导放大器；
[0033] 906～混波器；
[0034] 908、910～滤波降频装置；
[0035] 912～本地振荡器；
[0036] 914～时钟信号产生器；
[0037] BB_I～基频同相信号；
[0038] BB_Q～基频正交信号；
[0039] clkN1-clkN(N+1)、clkP1-clkP(P+1)～时钟信号；
[0040] clk_chain、clk_chainN、clk_chainP～时钟信号组；
[0041] CIIR、CN1-CNN、CP1-CPP～电容；
[0042] Co～输出电容；
[0043] EN～使能信号；
[0044] fs～取样频率；
[0045] IF_I～中频同相信号；
[0046] IF_Q～中频正交信号；
[0047] In+、In-～输入信号；
[0048] LO～本地振荡信号；
[0049] MEN、MRR～开关；
[0050] MNS1-MNSN、MPS1-MPSP～充电开关；
[0051] MNR1-MNRN、MPR1-MPRP～放电开关；
[0052] MNSS1-MNSSN、MPSS1-MPSSP～电荷整合开关；
[0053] MIIR～金属氧化物半导体晶体管；
[0054] OUT～输出端；
[0055] Ra1、Ra2、Ra3、ResetN、Reseto、ResetP～时钟信号；
[0056] VIIR～控制电压。
具体实施方式
[0057] 图1为本发明滤波降频装置的一种实施方式。滤波降频装置100以两个输入端接收一第一输入信号In-与一第二输入信号In+，并且具有一输出端OUT。
[0058] 滤波降频装置100包括一第一开关电容网络102、一第二开关电容网络104、以及一输出电容Co。输出电容Co耦接于输出端OUT。
[0059] 第一与第二开关电容网络102与104各由一组时钟信号控制。第一开关电容网络102由时钟信号clkN1～clkN(N+1)、ResetN控制；第二开关电容网络104由时钟信号clkP1～clkP(P+1)、ResetP控制。图2以波形图说明时钟信号clkN1～clkN(N+1)、ResetN的一种实施方式。时钟信号clkN1～clKN(N+1)与取样频率fs相关。时钟信号clkN2落后时钟信号clkN1一取样周期(1/fs)，时钟信号clkN3落后时钟信号clkN2一取样周期，...，时钟信号clkN(N+1)落后时钟信号clkNN一取样周期，且时钟信号ResetN落后时钟信号clkN(N+1)一取样周期。另一组时钟信号clkP1～clkP(P+1)、ResetP也可以类似方式运作。
[0060] 第一开关电容网络102包括多个电容CN1～CNN、以及多个充电开关MNS1～MNSN、放电开关MNR1～MNRN与电荷整合开关MNSS1～MNSSN。第一组时钟信号clkN1～clkN(N+1)、ResetN控制这些开关MNS1～MNSN、MNR1～MNRN与MNSS1～MNSSN。在时钟信号clkN1～clkNN控制下，充电开关MNS1～MNSN循序耦接第一输入信号In-至电容CN1～CNN。在时钟信号clkN(N+1)控制下，电荷整合开关MNSS1～MNSSN将电容CN1～CNN与输出电容Co全部耦接在一起，总和电荷并重新分配电荷。在时钟信号ResetN控制下，放电开关MNR1～MNRN提供电容CN1～CNN放电路径，重置其中电荷。上述放电开关MNR1～MNRN非必要组件。拥有放电开关MNR1～MNRN的开关电容网络对噪声的滤波能力较佳。
[0061] 第二开关电容网络104包括多个电容CP1～CPP、以及多个充电开关MPS1～MPSP、放电开关MPR1～MPRP与电荷整合开关MPSS1～MPSSP。第二组时钟信号clkP1～clkP(P+1)、ResetP控制这些开关MPS1～MPSP、MPR1～MPRP与MPSS1～MPSSP。在时钟信号clkP1～clkPP控制下，充电开关MPS1～MPSP循序耦接第二输入信号In+至电容CP1～CPP。在时钟信号clkP(P+1)控制下，电荷整合开关MPSS1～MPSSP将电容CP1～CPP与输出电容Co全部耦接在一起，总和电荷并重新分配电荷。在时钟信号ResetP控制下，放电开关MPR1～MPRN提供电容CP1～CPP放电路径，重置其中电荷。上述放电开关MPR1～MPRN非必要组件。拥有放电开关MPR1～MPRN的开关电容网络对噪声的滤波能力较佳。
[0062] 在一实施方式中，第一输入信号In-包括一共模项Xcom、以及一负值差动项-Xdiff(即In-＝Xcom-Xdiff+…)，且第二输入信号In+包括上述共模项Xcom、以及一正值差动项+Xdiff(即In+＝Xcom+Xdiff+…)。滤波降频装置100对共模、与差动部位(Xcom、与Xdiff)有不同的频率响应，详细频率响应式如下：
[0063] ●差动部分频率响应，HIIR，diff(z1，z2)：
[0064]
[0065] ●共模部分频率响应，HIIR，com(z1，z2)：
[0066]
[0067] 通过妥善设计各电容值CN1～CNN、CP1～CPP与Co，即可为共模、差动部分(Xcom、与Xdiff)各自设计合适的频率响应。
[0068] 图3为一实施例的频率响应图，其中，波形302、304分别为差动部分频率响应HIIR，diff(z1，z2)、与共模部分频率响应HIIR，com(z1，z2)。在特定频带中，滤波降频装置100可保留信号的差动部位，过滤掉信号的共模部位，适合用来滤除通信信号内的共模噪声(common-mode noise)。
[0069] 此外，第一与第二开关电容网络102与104所使用的两组时钟信号可遵循同一频率、或不同频率、或其它任何形式。此外，时钟信号clkN(N+1)与clkP(P+1)可为同一信号、或不同信号。在时钟信号clkN(N+1)与clkP(P+1)为同一信号的例子中，所有电容CN1～CNN与CP1～CPP同时耦接于输出端OUT。第一与第二开关电容网络102与104所使用的两组时钟信号可有多种设计。
[0070] 然而，图1所示的实施例不具输出电容(Co)重置功能，属于无限脉冲响应滤波器(Infinite Impulse Response Filter，IIR filter)，频宽相当窄。本发明公开另一种取样式滤波降频滤波器，其频宽可调；图4图解其内容。为了图面简洁，第一开关电容网络102所使用的该组时钟信号clkN1～clkN(N+1)、ResetN改以标号clk_chainN标示；第二开关电容网络104所使用的该组时钟信号clkP1～clkP(P+1)、ResetP改以标号clk_chainP标示。与图1相较，图4的滤波降频装置还包括一可变电容装置402，耦接输出端OUT，可并联或串联输出电容Co以改变输出端OUT实际耦接的电容值。除了图4所示的可变电容装置402，藉调整电压VIIR改变电容值，其它可变电容技术皆可应用于此。
[0071] 图5A与5B图解可变电容装置402对频率响应的影响。图5A显示信号差动部分的频率响应HIIR，diff(z1，z2)。随着可变电容装置402等效电容变大，频率响应波形对应502、504、506。图5B显示信号共模部分的频率响应HIIR，com(z1，z2)。随着可变电容装置402等效电容变大，频率响应波形对应508、510、512。
[0072] 本发明另外公开有限脉冲响应滤波器(Finite Impulse Response Filter，FIR filter)，图6A图解其实施方式。与图1相较，图6A的滤波降频装置还包括一放电电路602。放电电路602于使能(信号EN高电平)时根据一时钟信号Reseto放电该输出电容Co。图
6B图解时钟信号Reseto的一种实施方式。时钟信号Reseto在开关电容网络(102与104)耦接至输出端OUT(如clkN(N+1)作用处)之前使能，重置该输出电容Co。图6A所示的FIR滤波降频装置对信号In-与In+的共模、差动部位(Xcom、与Xdiff)的详细频率响应式为：
[0073] ●差动部分频率响应，HFIR，diff(z1，z2)：
[0074]
[0075] ●共模部分频率响应，HFIR，com(z1，z2)：
[0076]
[0077] 图7为FIR滤波降频装置一实施方式的频率响应图，其中，波形702、704分别图解差动部分频率响应HFIR，diff(z1，z2)、与共模部分频率响应HFIR，com(z1，z2)。
[0078] 本发明更公开另一种滤波降频装置，使用超过两个开关电容网络。图8为其中一种实施方式，用以处理前一级装置差动输出的信号In-与In+。开关电容网络802与804可视为第一单元、开关电容网络806与808可视为第二单元、开关电容网络810与812可视为第三单元。时钟信号组clk_chain于各开关电容网络内的应用将被个别设计，以令不同单元的开关电容网络在不同时间耦接输出端OUT。如此一来，纵然使用大量开关电容网络802～812，也不会对阶数长度(tap length)造成负担，可设计出良好、且可滤除共模噪声的滤波降频装置。本实施方式纵然共享一组时钟信号clk_chain，但此仅为一种实施方式，并非用来限定本发明范围。
[0079] 本发明更公开一种通信接收器；图9为一种实施方式。天线902所接收的通信信号经低噪声转导放大器(LNTA)904输入混波器906，以降频转换至中频。混波器906以一第一输出端与一第二输出端差动输出同相信号IF_I，且以一第三输出端与一第四输出端差动输出正交信号IF_Q。经本发明滤波降频装置908与910(可为上述任一滤波降频装置)作用后，同相信号IF_I、与正交信号IF_Q分别转换为一基频同相信号BB_I与一基频正交信号BB_Q，其中，共模噪声被有效消除。本地振荡器912负责差动输出本地振荡信号LO供混波器906与时钟信号产生器914使用。时钟信号产生器914负责提供时钟信号给滤波降频装置908与910使用。
[0080] 以下叙述本发明通信接收器的另一种实施方式。参阅图9，混波器906可不执行分相动作，仅差动输出中频信号(简称IF)。不同于图9的实施方式提供取样滤波降频装置908与910不同的差动信号(IF_I与IF_Q)，此实施方式以同样的差动信号-中频信号IF-输入取样滤波降频装置908与910。此实施方式的输入取样滤波降频装置908与910内的电容可经由特殊设计，以分别输出基频同相信号BB_I与基频正交信号BB_Q。
[0081] 本发明的滤波降频装置不仅限于通信接收器的使用。上述各实施例并非用来限定本发明的范围。本领域技术人员对本发明内容所作的更动或润饰，皆属本说明书所欲保护的范围。本发明的专利保护范围当以所附的权利要求书所界定者为准。
