[发明专利]模拟有限脉冲响应滤波器

说明书

本发明属于低功耗集成电路技术领域，特别涉及用于低功耗模拟滤波的FIR滤波器结构。一种模拟有限脉冲响应滤波器，包括wp对相同的两倍栅压自举的采样保持电路、wp个相同的亚阈值四象限模拟乘法器、2wp个相同的旋转开关矩阵电路、两个相同的加法器电路、固定时延的时钟电路。本发明通过栅压自举的采样保持电路和差分结构提高了线性度，转化精度相应的提高；本发明采用并行结构的模拟滤波器，提高了处理信号的速度，也提高了精度。

技术领域

本发明属于低功耗集成电路技术领域，特别涉及用于低功耗模拟滤波的FIR滤波器结构。

背景技术

当噪声和信号在频率以及幅度上非常相似时，这会导致信号及其所携带的信息被噪声所覆盖，接收端接收到的信号品质会非常差，甚至无法辨别出原信号。这给信息的传播带来了很大的困难。为了改善这种现象，可以在信号传递过程中的某个阶段(通常在接收端)加入滤波器。其目的是利用信号和噪声的不同特性，去除干扰的噪声，提取信号，实现信号和噪声的分离。随着电子技术的不断发展，在音频、图像处理等领域中，对滤波器在功率消耗、成本投入、实时传输等方面的标准越来越严格。传统的信道中，模拟信号通过模数转换器转换为数字信号，然后通过数字滤波器进行滤波。但数字并行FIR滤波器的功耗很高，因为它使用了大量的数字乘法器和寄存器。而且当需要窄的过渡带特性时，必须使用高抽头FIR滤波器，这将消耗更多的功耗和面积。而模拟滤波器的功耗低，且可以直接对信道中的模拟信号进行滤波，然后在通过模数转换器对信号进行处理。

同时，FIR滤波器在简单的设计下就可以既具有良好的幅度特性，又拥有良好的线性相位特性。若用x(k)表示激励函数，h(k)表示数字FIR滤波器的单位脉冲响应，滤波器输出为y(k)，则一个数字信号经过FIR滤波器后的输出y(k)可表示为：又因为x(k)和h(k)为因果信号，即零时刻以前其值为零，那么上式可化简为：由上式可知，数字FIR滤波器对输入信号只采样了k+1次，且只需要进行k+1次的卷积。由于M阶FIR滤波器的系统函数为该滤波器在原点处有一个M-1重极点，并且极点均在|z|＝1范围内，所以该滤波器是因果稳定的系统。线性相位和高稳定度的特性使得FIR滤波器被广泛应用于通讯系统、自动控制、航空航天、机器人、遥感等领域。也就是说FIR滤波器性能的好坏与其相关应用领域的发展紧密相关。所以，无论是从商用、军工还是学术研究的角度上来说，高品质的FIR滤波器都是非常有必要的。

在此之前的模拟FIR滤波器完全用来处理模拟域中的回波消除，均衡以及干扰以匹配信道。其中延迟线FIR滤波器有两个重要的缺点。第一，在采样/保持放大器链中，每个单元采样时，其前面的单元处于保持阶段，因此要求对于滤波器的每阶电路都需要两个采样/保持单元；第二，当信号沿着延迟链传播时，采样/保持噪声，偏移和误差都会积累，随着阶数的提高，误差的幅度将增大。用有源负载或者全通级的反相器作为延迟线延迟单元的串行FIR滤波器也有两个问题。第一，延迟精度随着工艺，温度和电源的变化而变化，这将影响FIR滤波器的频率响应；第二，延迟误差将随着滤波器级数的增加而增加。另外，之前的模拟FIR滤波器中的乘法器，由多重数模转换器(MDAC)或者吉尔伯特乘法器构成，因此需要高电压和高功耗。

由此可见，由于传统的数字FIR滤波器功耗高且结构复杂，先前设计的模拟FIR滤波器精度差且功耗高，所以很难满足低功耗的要求，也就难以满足无线传感器网络芯片等低功耗领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服目前FIR滤波器功耗高且精度差的缺点，提供一种模拟有限脉冲响应滤波器，提高模拟FIR滤波器的精度，并降低模拟FIR滤波器的功耗，以满足低压低功耗应用。

为实现上述目的，利用模拟电路可以实现数字电路的功能这一理念，本发明给出模拟有限脉冲响应滤波器。由于所有模拟块都偏置在亚阈值区域，模拟FIR滤波器的电源电压设置为0.6V，所以可以降低功耗。同时，本发明采用差分结构，可以抑制环境噪声，提高线性度。