KR101876903B1

KR101876903B1 - 전하 공유 필터

Info

Publication number: KR101876903B1
Application number: KR1020167029470A
Authority: KR
Inventors: 아이만 마다디; 매서드 토히디안; 로버트 보그단 스타스제브스키
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: JP2017514425A; EP3105854B1; US20170170810A1; EP3105854A1; WO2016034242A1; US10056881B2; KR20160134842A; CN106031039B; CN106031039A; JP6604688B2

Abstract

전하 공유 필터(303)는, 회전 커패시터(C_R); 및 복수의 기본 필터(311, 312, 313)를 포함하고, 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i)와 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_i); 및 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i)에 결합된 이력 커패시터(history capacitor)(C_H)를 포함하고, 상기 복수의 기본 필터의 제2 노드(B_i)는 하나의 상호연결 노드(B)에서 회전 커패시터(C_R)와 상호연결된다.

Description

전하 공유 필터 {A CHARGE SHARING FILTER}

본 발명은 전하 공유 필터에 관한 것으로, 특히, 다상 전하 공유 이산시간 대역 통과 필터{multi-phase charge sharing discrete-time band pass filter} 및 전하 공유 필터로 전류 신호를 필터링하는 방법에 관한 것이다.

고품질(Q) 필터는 선택성을 제공할 뿐만 아니라 수신기(RX)의 선형성 성능이 필터의 선형성에 주로 의존하기 때문에, 고품질(Q) 필터는 RX의 핵심 구성 요소(key building block)이다. 도 1에 RX의 전형적인 프론트엔드(front-end)의 간략화된 블록도가 도시되어 있다. 안테나(107)의 바람직한 RF 입력 전압은 일반적으로 큰 인접 채널 간섭을 동반한다. 프론트엔드의 첫 번째(제1) 단계는 일반적으로 저잡음 증폭기(low-noise amplifier, LNA)(101)이며, 이는 RX 대역에 입력 정합(input matching) 및 이득을 제공한다. 증폭된 RF 신호는 믹서(103)에 의해 국부 발진기(local oscillator, LO)를 사용하여 중간 주파수(intermediate-frequency, IF) 또는 기저 대역(base-band, BB)으로 하향 변환된다(down-converted). 하향 변환된 신호는 필터(105)에 입력되어 원하는 신호를 선택하고 블로커(blocker) 및 간섭원(interferer)을 걸러낸다.

예컨대, LC, G_m-C, 바이쿼드(biquad), N-경로(N-path) 및 IIR 필터 등의 상이한 유형의 필터가 있다. 이러한 필터와 연관된 문제는 많다. LC 필터는 매우 선형적이지만, 충분한 선택성을 제공하지 않는다. 그래서 LC 필터는 셀룰러 RX에 적용될 수 없다. 예컨대 G_m-C 필터와 같은 일부 다른 필터는 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 능동 부품(active component)이 없는 필터에 비해 많은 전력을 소모한다. 또한, G_M-C 필터의 입력 참조 잡음(input-referred noise)은 사용되는 능동적인 g_m 셀의 수로 인해 다른 필터에 비해 훨씬 크다. 또한, G_m-C 구조의 선형성은 다른 구조에 비해 나쁘다. 바이쿼드 필터는 두 개의 하위 범주, 샘플 기반 필터(sample-based-filter)와 연속시간 필터(continuous-time filter)로 나뉜다. 이 하위 범위 둘 다에서, 필터 코어는 opamp(operational amplifier, 연산 증폭기) 또는 G_m 셀에 기초한다. 일반적으로, 바이쿼드 필터는 능동 부품(즉, opamp)에서 많은 전력을 소비한다. 또한, 바이쿼드 필터는 능동 소자에 의해 생성된 플리커 잡음(flicker noise)을 감소시키기 위해 부피가 매우 크게 만들어야 한다. N-경로 필터의 개념은, 믹서(mixer)가 주파수 영역에서 신호를 전달하기 위해 필요하기 때문에, 믹서를 이용한 주파수 변환 기술에 기초한다. 따라서, N-경로 필터는 믹서를 통한 변환에 의해 대역 통과로 변환되는 저역 통과 RC 필터이다. 또한, N-경로 개념을 G_m-C 구조와 결합한 필터는 앞서 언급한 문제가 있다. N-경로 필터는 매우 우수한 선택성을 제공하지만 그 전달 함수의 복제본(replica)을 희생한다. 이들 복제본은 필터를 블로커와 간섭원에 대해 비효과적인 것으로 만든다. 또한, 원하는 신호와 일치하는 낮은 주파수에서 생성된 IM2 적(product)(2차 상호변조 적)이 믹서에 의해 상향 변환되기(up-converted) 때문에, N-경로 필터의 IIP2((입력 2차 인터셉트)는 제한된다.

전하-샘플링 IIR(infinite impulse response, 무한 임펄스 응답) 필터는 커패시터 및 스위치에만 기초한다. 따라서, 이들 필터에서의 전력 소비는 스위치를 구동하는 전원에만 관련이 있다. 또한, 이들 필터에는 능동 부품(즉, 연산 증폭기)가 없기 때문에, 이들 필터는 덜 복잡하고 매우 선형적이다. 그러나, IIR 필터는 저역을 통과시키고, 이는 높은 IF 주파수에서의 이들 IIR 필터의 사용에 효과적이지 않다.

따라서, 슈퍼헤테로다인 아키텍처(superheterodyne architecture)와 호환될, 전술한 문제가 없는 다른 유형의 필터(BPF)를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 고도의 주파수 선택성을 제공하는 전력 효율이 우수한(power-efficient) 전하 공유 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 또한, 구현 형태는 종속항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백하다.

본 발명은, 전하 공유 필터의 주파수 선택성이 커패시터의 비율과 샘플링 주파수로 제어될 수 있다는 생각에 기초한다. 따라서, 대역폭은 정확하고 필터 내부의 커패시터 비율을 조정함으로써 임의의 값으로 설정될 수 있다. 전하 공유 필터, 특히 다상의 전하 공유 대역 통과 필터(charge-sharing band-pass-filter, CS-BPF)는 매우 높은 샘플링 주파수로 작동할 수 있다. 또한, 회로는 임의의 주파수 변환 기술에 의존할 필요가 없다. 따라서, IM2 성분은 전혀 생성되지 않고, 이 필터의 IIP2는 무한에 가깝다. 복제본을 많이 갖는 N-경로 필터와 달리, CS-BPF는 샘플링 주파수(f_s)까지 어떠한 복제본도 전혀 갖지 않도록 설계될 수 있다. 그 이유는 CS-BPF가 주파수 변환 기술을 기반으로 작동하지 않기 때문이다. CS-BPF는 주파수 변환된 신호가 없기 때문에, 파아웃 주파수(far-out frequency)의 배제에 제한이 없다. CS-BPF는 이산시간(discrete-time, DT) 도메인에서 작동할 수 있으며, 그 구성요소는 단지 스위치와 커패시터의 역할을 하는 트랜지스터일 수 있다. 이 필터 내부에는 예컨대 연산 증폭기 또는 G_m과 같은 능동 부품이 없어야 한다. 필터 내부에는 저항기가 없어야 하고 커패시터들 간의 부정합(mismatch)은 커패시터에 대한 저항기 및 커패시터에 대한 Gm의 부정합에 비해 본질적으로 훨씬 적다.

본 발명을 설명하기 상세하게 설명하기 위해, 이하의 용어, 약어 및 표기법이 사용될 것이다:

CS-BPF: 전하 공유 대역 통과 필터

DT: 이산시간,

Q: 품질 계수,

RX: 수신기,

TX: 송신기,

LNA: 저잡음 증폭기,

IF: 중간 주파수,

BB: 기저 대역,

BPF : 대역 통과 필터,

IIR : 무한 임펄스 응답

IIP2 : 입력 2차 인터셉트(input second order intercept),

IM2 : 2차 상호변조(second order intermodulation),

LO : 국부 발진기.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 전하 공유 필터에 관한 것이며, 상기 전하 공유 필터는 회전 커패시터; 및 복수의 기본 필터를 포함하고, 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드와 개개의 기본 필터의 제2 노드 사이에 결합된 기본 스위치; 및 개개의 기본 필터의 제1 노드에 결합된 이력 커패시터(history capacitor)를 포함하고, 상기 복수의 기본 필터의 제2 노드는 하나의 상호연결 노드(interconnecting node)에서 상기 회전 커패시터와 상호연결된다.

제1 측면에 따른 전하 공유 필터의 제1 가능한 구현 형태에서, 각각의 신호원이 상기 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드에 연결되는 복수의 신호원에 의해 제공되는 전하가, 상기 기본 스위치의 스위칭 상태에 따라 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터와 상기 회전 커패시터 사이에 공유될 수 있도록, 상기 복수의 기본 필터의 제2 노드는 하나의 상호연결 노드에서 상기 회전 커패시터와 상호연결된다.

상기 회전 커패시터는 전하 회전 커패시터일 수 있다. 상기 신호원은 전류원 또는 전압원 중 어느 하나일 수 있다.

상기 전하 공유 필터는 매우 전력 효율적이고, 고도의 주파수 선택성을 다음과 같이 함으로써 제공한다:

- 커패시터의 비율 및 스위칭 상태에 의해 선택성 제어, 예컨대, 샘플링 주파수를 제어함. 따라서, 대역폭은 정확하고 필터 내부의 커패시터 비율을 조정함으로써 임의의 값으로 설정될 수 있다;

- 매우 높은 샘플링 주파수에서, 즉, 수 기가헤르츠까지의 무선 주파수 범위에서 작동함. 회로는 어떠한 주파수 변환 기술에도 의존하지 않아야 한다. 따라서, IM2 성분이 전혀 생성되지 않고, 이 필터의 IIP2는 무한하다;

- 전하 공유 필터, 특히 샘플링 주파수(fs)까지 어떠한 복제본도 전혀 갖지 않는 CS-BPF를 제공하는 필터 설계를 사용하는 것. 그 이유는 CS-BPF는 주파수 변환 기술에 기초하여 작동하지 않기 때문이다;

- 주파수 변환에 기초하여 작동하지 않음;

- 필터가 주파수 변환된 신호를 가지지 않기 때문에 파아웃 주파수의 배제에 제한이 없음;

- 이산시간(DT) 도메인에서 작동함;

- 전하 공유 필터, 특히 구성요소가 단지 스위치와 커패시터의 역할을 하는 트랜지스터인 CS-BPF를 제공하는 것;

- 전하 공유 필터, 특히 예컨대 필터 내부에 연산 증폭기 또는 G_m과 같은 능동 부품이 없는 CS-BPF를 제공함;

- 전하 공유 필터, 특히 예컨대 핵심 구성요소가 커패시터인 CS-BPF를 제공함. 필터 내부에는 저항기가 없으며 커패시터들 간의 부정합이 커패시터에 대한 저항기 및 커패시터에 대한 G_m의 부정합에 비해 기본적으로 훨씬 적다;

- 2차 선형성을 향상시킴;

- 복제본을 억제함;

- 파아웃 주파수에서의 배제를 향상시킴;

- 필터 내부의, 예컨대 연산 증폭기 또는 G_m과 같은, 전류 부족(power hungry) 및 속도 제한 능동 부품을 제거함;

- IIP2 성능을 향상시킴;

- 전력 소비 및 면적의 비용을 증가시키지 않고 선택성을 증가시킴;

- 광범위하고 복잡한 부정합의 교정 없이 구성요소 부정합을 해결함.

제1 측면에 따른 또는 제1 측면의 제1 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제2 가능한 구현 형태에서, 상기 신호원은 전류원이고, 각각의 전류원은 상기 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드에 연결된다.

신호원, 예를 들어 전류원이 전하 공유 필터에 포함되어 있는 경우, 신호원과 전하 공유 필터의 결합(coupling)이 증가될 수 있다.

이러한 제1 측면에 따른, 또는 제1 측면의 제1 또는 제2 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제3 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 기본 필터의 제1 노드는 상기 전하 공유 필터의 입력단 및 출력단 둘 다이고, 상기 입력단은 전류 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 출력단은 전압 신호를 제공하도록 구성되며, 상기 전압 신호는 상기 전하 공유 필터의 필터 특성에 기초하여 상기 전류 신호를 필터링하여 제공된다.

복수의 기본 필터의 제1 노드가 전하 공유 필터의 입력단 및 출력단 둘 다인 경우, 필터 설계가 단순해지고 칩 공간이 절약될 수 있다.

제1 측면의 제3 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제4 가능한 구현 형태에서, 상기 필터 특성은 동상 성분(in-phase component)과 직교 성분(quadrature component)을 포함하는 복소값 대역 통과 필터(complex-valued band pass filter)이다.

필터 특성이 복소값 대역 통화 필터인 경우, 복소 변조 태스크(complex modulation task)가 구현될 수 있다.

이러한 제1 측면 또는 제1 측면의 선행 구현 형태 중 어느 하나에 따른 전하 공유 필터의 제5 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치는 주기적으로 스위칭된다.

복수의 기본 필터가 주기적으로 스위칭되는 경우, 전하 공유 필터는 이산시간 신호 처리에 적용될 수 있다.

이러한 제1 측면 또는 제1 측면의 선행 구현 형태 중 어느 하나에 따른 전하 공유 필터의 제6 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치는 샘플링 주기에 기초하여 스위칭된다.

복수의 기본 필터의 기본 스위치가 샘플링 주기에 기초하여 스위칭되는 경우, 이 전하 공유 필터는 샘플링형 시스템(sampled system)에 적용될 수 있다.

제1 측면의 제5 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제7 가능한 구현 형태에서, 상기 회전 커패시터 및 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터에 축적된 전하는 상기 샘플링 주기에 기초한다.

회전 커패시터 및 복수의 기본 필터의 이력 커패시터에 축적된 전하가 샘플링 주기에 기초하는 경우, 주파수 선택성은 커패시터의 비율 및 스위칭 상태에 의해, 즉, 샘플링 주파수 또는 샘플링 주기에 의해 제어될 수 있다. 그러면, 대역폭은 정확하고 필터 내부의 커패시터 비율을 조정함으로써 임의의 값으로 설정될 수 있다.

이러한 제1 측면에 따른 또는 제1 측면의 선행 구현 형태 중 어느 하나에 따른 전하 공유 필터의 제8 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치는 다상 스위칭 신호(multi-phase switching signal)에 기초하여 스위칭된다.

복수의 기본 필터의 기본 스위치가 다상 스위칭 신호에 기초하여 스위칭되는 경우, 주파수 피크와 주파수 대역폭이 다상 스위칭 신호에 의해 정확하게 제어될 수 있는, 고차(higher order) IIR 필터가 구현될 수 있다.

제1 측면의 제7 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제9 가능한 구현 형태에서, 상기 다상 스위칭 신호는, 상기 복수의 기본 필터의 하나의 기본 스위치에 제1 신호 레벨을 제공하는 한편 상기 복수의 기본 필터의 다른 기본 스위치에 제2 신호 레벨을 제공한다.

이러한 두 개의 신호 레벨을 사용함으로써 스위칭이 쉽게 구현될 수 있다. 이 신호 논리는 트랜지스터를 사용하여 쉽게 구현될 수 있다.

이러한 제1 측면에 따른 또는 제1 측면의 선행 구현 형태 중 어느 하나에 따른 전하 공유 필터의 제10 가능한 구현 형태에서, 상기 회전 커패시터, 상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치, 및 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터는 트랜지스터이다.

트랜지스터는, 예를 들어 칩 상에, 스위칭용으로 쉽고 비용 효율적으로 구현될 수 있다. 비용 효율적인 트랜지스터는 연산 증폭기와 같은 능동 요소를 갖는 방안에 비해 칩 상에서의 공간 요건을 감소시켰다.

이러한 제1 측면에 따른 또는 제1 측면의 전술한 구현 형태 중 어느 하나에 따른 전하 공유 필터의 제11 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치 및 복수의 제2 기본 필터의 기본 스위치의 스위칭 상태에 따라, 상기 복수의 신호원에 의해 제공되는 전하가 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터, 상기 복수의 제2 기본 필터의 이력 커패시터, 및 상기 회전 커패시터 사이에 공유될 수 있도록, 상기 전하 공유 필터는, 상기 복수의 제2 기본 필터를 더 포함하고, 각각의 제2 기본 필터는, 개개의 제2 기본 필터의 제3 노드와 상호연결 노드 사이에 결합된 기본 스위치; 및 상기 제3 노드에 결합된 이력 커패시터를 포함한다.

이러한 제2 기본 스위치를 사용함으로써, 다차 IIR 필터가 구현될 수 있으므로 주파수 선택성이 더욱 증가될 수 있다. 대역폭은 정확하고 필터 내부의 커패시터 비율을 조정함으로써 임의의 값으로 설정될 수 있다.

제1 측면의 제11 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제12 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 제2 기본 필터는 1차 IIR 필터의 캐스케이드(cascade)로 분할되어 있고, 각각의 제2 기본 필터가 하나의 1차 IIR 필터를 구성한다.

IIR 필터는 높은 주파수 선택성을 가지고 급경사(steep slope)를 제공할 수 있다.

제1 측면의 제11 구현 형태에 따른 전하 공유 필터의 제13 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 제2 기본 필터는 고차 IIR 필터의 캐스케이드로 분할되어 있고, 세 개의 제2 기본 필터의 각각의 트리플릿(triplet)이 하나의 고차 IIR 필터를 구성한다.

상기 고차 IIR 필터는 3차 필터일 수 있다.

3차 또는 다차 IIR 필터는 더 높은 주파수 선택성을 제공하고 1차 IIR 필터보다 급한 경사를 제공한다.

제1 측면의 제11 내지 제13 구현 형태 중 어느 하나에 따른 전하 공유 필터의 제14 가능한 구현 형태에서, 상기 복수의 기본 필터의 제1 노드는 상기 전하 공유 필터의 입력단이고, 상기 입력단은 전류 신호를 수신하도록 구성되고; 상기 복수의 제2 기본 필터의 제3 노드는 상기 전하 공유 필터의 출력단이고, 상기 출력단은 전압 신호를 제공하도록 구성되며; 상기 전압 신호는 상기 전하 공유 필터의 필터 특성에 기초하여 상기 입력 신호를 필터링하여 제공된다.

복수의 기본 필터의 제1 노드가 전하 공유 필터의 입력단이고, 복수의 제2 기본 필터의 제3 노드가 전하 공유 필터의 출력단이며, 전하 공유 필터의 입력단과 출력단은 결합해제될 수 있다(decoupled).

제2 측면에 따르면, 본 발명은 전하 공유 필터로 신호를 필터링하는 방법으로서, 상기 전하 공유 필터는, 회전 커패시터; 및 복수의 기본 필터를 포함하고, 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드와 개개의 기본 필터의 제2 노드 사이에 결합된 기본 스위치; 및 개개의 기본 필터의 제1 노드에 결합된 이력 커패시터를 포함하고, 상기 복수의 기본 필터의 제2 노드는 하나의 상호연결 노드에서 상기 회전 커패시터와 상호연결되며, 상기 신호를 필터링하는 방법은 상기 복수의 기본 필터의 제1 노드에 전류 신호를 제공하는 단계를 포함한다.

상기 신호는 전류 신호 또는 전압 신호일 수 있다.

이러한 방법은 필터링에 대해 매우 전력 효율적인 방법을 제공하고 고도의 주파수 선택성을 다음과 같이 함으로써 제공한다:

- 커패시터들의 비율 및 스위칭 상태에 의해, 예컨대, 샘플링 주파수에 의해 선택성을 제어함. 따라서, 대역폭은 정확하고 필터 내부의 커패시터 비율을 조정함으로써 임의의 값으로 조정될 수 있다;

- 매우 높은 샘플링 주파수, 즉, 수 기가헤르츠까지의 무선 주파수 범위에서 작동함. 회로는 어떠한 주파수 변환 기술에 의존하지 않아야 한다. 따라서, IM2 성분이 전혀 생성되지 않고, 이 필터의 IIP2는 무한하다;

- 전하 공유 필터, 특히 샘플링 주파수(f_S)까지 어떠한 복제본도 전혀 갖지 않는 CS-BPF를 사용함. 그 이유는 CS-BPF는 주파수 변환 기술에 기초하여 작동하지 않기 때문이다;

- 주파수 변환에 기초하여 작동하지 않음;

- 필터가 주파수 변환된 신호를 갖지 않기 때문에 파아웃 주파수의 배제에 제한이 없음;

- 이산시간(DT) 도메인에서 작동함;

- 전하 공유 필터, 특히 구성요소가 단지 스위치와 커패시터의 역할을 하는 트랜지스터인 CS-BPF를 제공함;

- 전하 공유 필터, 특히 예컨대 핵심 구성요소가 커패시터인 CS-BPF를 제공함. 필터 내부에 저항기가 없으며 커패시터들 간의 부정합이 커패시터에 대한 저항기 및 커패시터에 대한 G_m의 부정합에 비해 기본적으로 훨씬 적다;

- 2차 선형성을 향상시킴;

- 복제본을 억제함;

- 파아웃 주파수에서의 배제를 향상시킴;

- 필터 내부의, 예컨대 연산 증폭기 또는 G_m과 같은, 전류 부족 및 속도 제한 능동 부품을 제거함;

- IIPE 성능을 향상시킴;

제2 측면에 따른 전하 신호를 필터링하는 방법의 제1 가능한 구현 형태에서, 상기 신호를 필터링하는 방법은

상기 기본 스위치의 스위칭 상태에 따라 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터와 상기 회전 커패시터 사이의 신호에 의해 제공되는 전하를 공유하여 상기 복수의 기본 필터의 제1 노드에 전압 신호를 제공하는 단계를 포함한다.

제3 측면에 따르면, 본 발명은, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제2 측면에 다른 방법을 수행하는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

컴퓨터 프로그램은, 요건의 갱신이 쉽게 달성될 수 있도록, 유연하게 설계될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 많은 상이한 프로세서에서 실행될 수 있다.

제4 측면에 따르면, 본 발명은 제2 측면에 따른 방법을 실행하는 컴퓨터에 의해 사용을 위한 프로그램 코드를 저장한, 판독할 수 있는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

판독할 수 있는 저장 매체를 사용함으로써, 컴퓨터 프로그램 제품은 상이한 환경에서 유연하게 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예를 이하의 도면과 관련하여 설명한다.
도 1은 일반적인 수신기 프론트엔드의 블록도를 나타낸다.
도 2는 구현 형태에 따른 전하 공유 필터(200)의 블록도를 나타낸다.
도 3a는 1차 저역 통과 IIR 필터(301)의 블록도를 나타낸다.
도 3b는 다차 저역 통과 IIR 필터(302)의 블록도를 나타낸다.
도 3c는 구현 형태에 따른 n/n 모드의 1차 전하 공유 대역 통과 필터(303)의 블록도를 나타낸다.
도 3d는 구현 형태에 따른 n/(2n) 모드의 1차 IIR 필터와 캐스케이드된(cascaded) 1차 전하 공유 대역 통과 필터(304)의 블록도를 나타낸다.
도 3e는 구현 형태에 따른 n/(4n) 모드의 3차 IIR 필터와 캐스케이드된 1차 전하 공유 대역 통과 필터(305)의 블록도를 나타낸다.
도 4a는 구현 형태에 따른 4/8 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(400)의 블록도를 나타낸다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(400)의 예시적인 스위칭 신호(410)를 나타낸 타이밍도이다.
도 5a는 구현 형태에 따른 4/16 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(500)의 블록도를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(500)의 예시적인 스위칭 신호(510)를 나타낸 타이밍도이다.
도 6a는 구현 형태에 따른 8/8 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(600)의 블록도를 나타낸다.
도 6b는 도 6a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(600)의 예시적인 스위칭 신호(610)를 나타낸 도면이다.
도 7a는 구현 형태에 따른 8/16 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(700)의 블록도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(700)의 예시적인 스위칭 신호(710)를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 구현 형태에 따른 상이한 모드의 전하 공유 대역 통과 필터의 정규화된 주파수 응답을 나타낸다.
도 9a는 구현 형태에 따른 4/8 모드의 풀레이트(full-rate) 전하 공유 대역 통과 필터(900)의 전체 개략 블록도를 나타낸다.
도 9b는 도 9a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(900)의 예시적인 스위칭 신호(910)를 나타낸 타이밍도를 나타낸다.
도 10a는 구현 형태에 따른 4/16 모드의 풀레이트 전하 공유 대역 통과 필터(1000)의 전체 개략 블록도를 나타낸다.
도 10b는 도 10a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(1000)의 예시적인 스위칭 신호(1010)를 나타낸 도면이다.
도 11a는 구현 형태에 따른 8/8 모드에서 풀 레이트 전하 공유 대역 통과 필터(1100)의 전체 개략 블록도를 나타낸다.
도 11b는 도 11a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(1100)의 예시적인 스위칭 신호(1110)를 나타낸 도면이다.
도 12a는 구현 형태에 따른 8/16 모드의 풀레이트 전하 공유 대역 통과 필터(1200)의 전체 개략 블록도를 나타낸다.
도 12b는 도 12a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(1200)의 예시적인 스위칭 신호(1210)를 나타낸 도면이다.
도 13은 구현 형태에 따른 전하 공유 필터로 전류 신호를 필터링하는 방법(1300)을 설명하는 개략도를 나타낸다.

이하의 상세한 설명에서는, 본 발명의 일부를 구성하며, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 측면으로서 도시된 첨부 도면을 참조한다. 다른 측면이 이용될 수 있으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 구조적 또는 논리적 변경이 이루어질 수 있음은 물론이다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.

본 명세서에서 설명하는 기기 및 방법은 전하 공유 필터, 특히 전하 공유 대역 통과 필터에 기초할 수 있다. 설명한 방법과 관련하여 이루어진 코멘트(comments)는 방법을 수행하도록 구성된 대응하는 기기 또는 시스템에 대해서도 성립할 수 있고 그 역에 대해서도 성립할 수 있음을 물론이다. 예를 들어, 구체적인 방법의 단계를 설명하는 경우, 대응하는 기기는 설명한 방법의 단계를 수행하기 위한 유닛이 명시적으로 설명되지 않거나 도면에 나타나 있지 않더라도, 그러한 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 여러 예시적인 측면의 특징은, 특별히 그렇지 않다고 언급하지 않는 한, 서로 결합될 수 있는 것은 물론이다.

본 명세서에 기재된 방법 및 기기는 필터 구조로 구현될 수 있다. 이 기재된 기기 및 시스템은 소프트웨어 유닛 및 하드웨어 유닛을 포함할 수 있다. 기재된 기기 및 시스템은 집적 회로 및/또는 수동 소자를 포함할 수 있으며, 다양한 기술에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 회로는 논리 집적회로, 아날로그 집적회로, 혼합 신호 집적회로, 광 회로, 메모리 회로들 및/또는 집적형 수동 소자로 설계될 수 있다. 회로는 칩상의 하드웨어로 구현될 수 있다.

도 2는 구현 형태에 따른 전하 공유 필터(200)의 블록도를 나타낸다. 이 회로는 그 입력이 예컨대 전류(202)이고, 그 출력이 예컨대 전압(204)인, 복소(동상 및 직교 성분) 필터이다. 도 2로부터 알 수 있듯이, 필터(200)는 중심 주파수에서 신호를 증폭하는 대역 통과 필터이다.

도 3a∼도 3e(이하, 도 3이라고도 함)에는 상이한 DT(이산시간) 필터의 개략도가 도시되어 있다. 간단한 IIR 필터는 도 3a에 도시되어 있고 고차 저역 통과 IIR 필터(도 3b)는 상이한 C_H(이력) 커패시터 사이의 C_R을 통해 전하를 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 고차 저역 통과 IIR 필터는 특정한 다른 위상(

n: 입력의 수)을 갖는 복소 입력을 도 3c에 도시된 C_H 커패시터에 인가함으로써 1차 CS-BPF로 간단히 변환될 수 있다. 도 3d는 필터의 품질 계수(Q)뿐 아니라 저역 통과 IIR 필터의 전이 대역(transition band)에서의 주파수에 대한 필터의 차수를 증가시키기 위해, 저역 통과 IIR 필터를 1차 CS-BPF와 캐스케이드할 수 있는 방법을 나타낸다. 3차 저역 통과 IIR 필터와 1차 CS-BPF의 캐스테이드는 도 3e에 도시되어 있다. CS-BPF의 기본 개략도는 도 4a∼도 7b(이하, 도 4a 및 도 4b는 도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 5, 도 6a 및 도 6b는 도 6, 그리고, 도 7a 및 도 7b는 도 7이라고도 함)에 도시되어 있다. 입력 전류는 입력 이력 커패시터(C_H1, C_H3, C_H5, ..., C_Hn)로 흘러든 후 회전 커패시터(C_R)로 흘러들어 통합된다. 통합된 전류는 각각의 C_H와 C_R에서 전하로 변환될 것이다. 본 발명에서, 전하는

에 기초하여 계산될 수 있으며, 위 식에서 T_s는 샘플링 시간이다. 복소 입력(complex input)과 연관된 상이한 커패시터 사이의 전하 중 일부를 공유함으로써 BPF를 만들 수 있다.

도 3c는 구현 형태에 따른 n/n 모드의 1차 전하 공유 대역 통과 필터(303)의 블록도를 나타낸다.

전하 공유 필터(303)는 회전 커패시터(C_R); 및 복수의 기본 필터(311, 312, 313)를 포함한다. 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i, i=1, 2, ..., n)와 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i, i=1, 2, ..., n) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_i, i=1, 2, ..., n); 및 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i)에 결합된 이력 커패시터(C_H)를 포함한다. 복수의 기본 필터의 제2 노드(B_i)는 하나의 상호연결 노드(B)에서 회전 커패시터(C_R)와 상호연결되어, 각각의 신호원이 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드(A_i)에 연결되는 복수의 신호원(202), 예컨대 전류원에 의해 제공되는 전하가 기본 스위치(φ_i)의 스위칭 상태에 따라 복수의 기본 필터의 이력 커패시터(C_H) 와 회전 커패시터(C_R) 사이에서 공유된다.

전하 공유 필터(303)는 복수의 신호원(202)을 포함할 수 있고, 각각의 신호원은 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 개개의 제1 노드(A_i)에 연결된다. 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 제1 노드(A_i)는 전하 공유 필터(303)의 입력단 및 출력단 둘 다일 수 있다. 입력단은 전류 신호를 수신하도록 구성되고, 출력단은 전압 신호를 제공하도록 구성된다. 전압 신호는 전하 공유 필터(303)의 필터 특성, 예컨대 도 2에 나타낸 필터(200)에 도시된 바와 같이 대역 통과 특성에 기초하여 전류 신호(202)를 필터링하여 제공된다. 필터 특성은 동상 성분과 직교 성분을 포함하는 복소값 대역 통과 필터일 수 있다.

복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 기본 스위치(φ_i)는 주기적으로 스위칭될 수 있다. 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 기본 스위치(φ_i)는 샘플링 주기에 기초하여 스위칭될 수 있다. 회전 커패시터(C_R) 및 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 이력 커패시터(C_H)에 축적된 전하는 샘플링 주기에 기초할 수 있다.

복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 기본 스위치(φ_i)는, 예컨대 도 4b, 5b, 6b, 7b, 9b, 10b, 11b, 12b 중 하나에 나타낸 바와 같이, 다상 스위칭 신호에 기초하여 스위칭될 수 있다. 다상 스위칭 신호는 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 하나의 기본 스위치(φ_i)에 제1 신호 레벨, 예컨대 신호 고 레벨 또는 신호 저 레벨을 제공할 수 있는 한편, 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 다른 기본 스위치(φ_i)에 제2 신호 레벨, 예컨대 대응하는 신호 저 레벨 또는 신호 고 레벨을 제공할 수 있다.

회전 커패시터(C_R), 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 기본 스위치(φ_i), 및 복수의 기본 필터의 이력 커패시터(C_H)는 트랜지스터, 예를 들어 MOSFET일 수 있거나

C_R 및 C_H를 위한 금속 커패시터를 포함할 수 있다.

도 3d는 구현 형태에 따른 n/(2n) 모드의 1차 IIR 필터와 캐스케이드된 1차 전하 공유 대역 통과 필터(304)의 블록도를 나타낸다.

전하 공유 필터(304)는 회전 커패시터(C_R); 및 복수의 기본 필터(311, 312, 313)를 포함한다. 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i, i=1, 2, ..., n)와 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i, i=1, 2, ..., n) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_i, i=1, 3, ..., 2n-1); 및 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i)에 결합된 이력 커패시터(C_H)를 포함한다. 복수의 기본 필터의 제2 노드(B_i)는 하나의 상호연결 노드(B)에서 회전 커패시터(C_R)와 상호연결되어, 각각의 신호원이 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드(A_i)에 연결되는 복수의 신호원(202)에 의해 제공되는 전하가 기본 스위치(φ_i)의 스위칭 상태에 따라 복수의 기본 필터의 이력 커패시터(C_H)와 회전 커패시터(C_R) 사이에서 공유된다. 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 구성 및 기능은 도 3c와 관련하여 전술한 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 구성 및 기능에 대응할 수 있다. 도 3c를 참조한다.

전하 공유 필터(304)는 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323)를 더 포함한다. 각각의 제2 기본 필터는, 개개의 제2 기본 필터(321, 322, 323)의 제3 노드(D_i, i=1, 2, ..., n)와 상호연결 노드(B) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_j, j=2, 4, ..., 2n); 및 제3 노드(D_i)에 결합된 이력 커패시터(C_H)를 포함하여, 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 기본 스위치(φ_i) 및 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323)의 기본 스위치(φ_j)의 스위칭 상태에 따라, 복수의 신호원(202)에 의해 제공되는 전하가 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 이력 커패시터(C_H), 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323)의 이력 커패시터(C_H), 및 회전 커패시터(C_R) 사이에 공유되도록 한다.

전하 공유 메커니즘은 도 4∼도 7과 관련하여 이하에 설명한다.

복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323)는 1차 IIR 필터(321, 322, 323)의 캐스케이드로 분할되어, 각각의 제2 기본 필터(321, 322, 323)가 하나의 1차 IIR 필터를 구성할 수 있다.

복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 제1 노드(A_i)는 전하 공유 필터(304)의 입력단이고, 입력단은 전류 신호를 수신하도록 구성된다. 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323)의 제3 노드(D_i)는 전하 공유 필터(304)의 출력단일 수 있고, 출력단은 전압 신호를 제공하도록 구성된다.

전압 신호는 전하 공유 필터의 필터 특성에 기초하여, 예컨대 도 2와 관련하여 전술한 대역 통과 필터에 의해, 입력 신호를 필터링하여 제공될 수 있다.

도 3e는 구현 형태에 따른 n/(4n) 모드의 3차 IIR 필터와 캐스케이드된 1차 전하 공유 대역 통과 필터(305)의 블록도를 나타낸다.

전하 공유 필터(305)는 회전 커패시터(C_R); 및 복수의 기본 필터(311, 312, 313)를 포함한다. 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i, i=1, 2, ..., n)와 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i, i=1, 2, ..., n) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_i, i=1, 5, ..., 4n-3); 및 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i)에 결합된 이력 커패시터(C_H)를 포함한다. 복수의 기본 필터의 제2 노드(B_i)는 하나의 상호연결 노드(B)에서 회전 커패시터(C_R)와 상호연결되어, 각각의 신호원이 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드(A_i)에 연결되는 복수의 신호원(202)에 의해 제공되는 전하가 기본 스위치(φ_i)의 스위칭 상태에 따라 복수의 기본 필터의 이력 커패시터(C_H)와 회전 커패시터(C_R) 사이에서 공유된다. 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 구성 및 기능은 도 3c 및 도 3d와 관련하여 전술한 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 구성 및 기능에 대응할 수 있다. 도 3c 및 도 3d를 참조한다.

전하 공유 필터(305)는 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)를 더 포함한다. 각각의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)는, 개개의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)의 제3 노드(D_i, i=1, 2, 3, 4, 5, 6, ..., n-2, n-1, n)와 상호연결 노드(B) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_j, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, ..., 4n-2, 4n-1, 4n); 및 제3 노드(D_i)에 결합된 이력 커패시터(C_H)를 포함하여, 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 기본 스위치(φ_i) 및 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)의 기본 스위치(φ_j)의 스위칭 상태에 따라, 복수의 신호원(202)에 의해 제공되는 전하가 복수의 기본 필터(311, 312, 313)의 이력 커패시터(C_H), 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)의 이력 커패시터(C_H), 및 회전 커패시터(C_R) 사이에 공유되도록 한다.

복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)의 구성 및 기능은 도 3d와 관련하여 전술한 복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323)의 구성 및 기능에 대응할 수 있다. 도 3d를 참조한다.

복수의 제2 기본 필터(321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329)는 3차 IIR 필터의 캐스케이드로 분할될 수 있다. 세 개의 제2 기본 필터의 각각의 트리플릿(triplet), 예를 들어, 제2 기본 필터(321, 322, 323)의 제1 트리플릿, 제2 기본 필터(324, 325, 326)의 제2 트리플릿, 제2 기본 필터(327, 328, 329)의 제3 트리플릿 및 도 3e에 나타내지 않는 다른 트리플릿들이 하나의 3차 IIR 필터를 구성할 수 있다.

도 4a는 구현 형태에 따른 4/8 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(400)의 블록도를 나타낸다. 도 4b는 도 4a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(400)의 예시적인 스위칭 신호(410)를 나타낸 도면이다.

도 4a는 4/8 모드의 CS-BPF(400)의 기본 개략도를 나타낸다. 4/8 모드는 필터에 4개의 입력, 8개의 출력 및 8개의 단계(phase)가 있다는 것을 의미한다. 4개의 입력 전하 q₁, q₂, q₃, q₄는 입력 이력 커패시터 (C_H1, C_H3, C_H5, C_H)에 축적된다. 동시에, 각각의 단계에서, 회전 커패시터 또는 회전 커패시터들(C_R)은 각각의 C_H에서 C_R/(C_H+C_R)에 비례하여 전하의 일부를 제거하고 그것을 다음 입력단에서 다음 C_H에 전달한다. 유의해야 할 것은, CS-BPF는 입력 이력 커패시터들 사이의 전하를 공유하는 단 하나의 C_R로 작동될 수 있다는 것이다. 이 경우에, CS-BPF는 더 이상 풀레이트가 아니며, 그 샘플링 주파수는 f_LO와 같아질 것이다. 차동 출력 전압을

및

로 정의함으로써, 전체 복소 출력 전압은 다음과 같이 정의될 수 있다:

(1)

입력 전류에 대해 동일하게, 입력 복소 전류는 다음과 같이 정의될 수 있다:

(2)

위 식에서,

이고

이다. 입력에서 출력에의 간략화된 z 도메인 전달 함수(simplified z-domain transfer function)를 다음과 같이 도출할 수 있다:

(3)

위 식에서,

이다. 필터의 중심 주파수는,

(4)

에 위치하고 필터의 대역폭은 다음과 같다:

(5)

위 식에서, R은 C_R 의 이산시간 등가 저항이고 1/(C_R _·f_S)과 같다. 또한, 대역폭으로 나누어진 중심 주파수인 품질 계수(Q)의 정의에 따르면, 필터의 품질 계수는

과 같다.

도 5a는 구현 형태에 따른 4/16 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(500)의 블록도를 나타낸다. 도 5b는 도 5a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(500)의 예시적인 스위칭 신호(510)를 나타낸 도면이다.

도 5a는 4/16 모드의 CS-BPF의 기본 개략도를 나타낸다. 명칭 4/16은 4개의 입력, 4개의 출력 및 16개의 단계를 의미한다. 이 회로에서 입력은 복소 전하(qi₁, qi₂, qi₃, qi₄)이다. 4/8 모드의 CS-BPF와 마찬가지로, C_R은 입력 C_H 커패시터(C_H1, C_H5, C_H9, ..., C_H13)들 사이에 전하를 공유한다. 각 단계에서, C_R은 입력 C_H 커패시터(C_H1, C_H5, C_H9, C_H13)로부터 전하를 취한다. 다음 단계에서, C_R은 중간의 출력 C_H 커패시터(C_H2, C_H4, C_H6, C_H7 ..., C_H16)에 연결된다. 이 기술은 중간 노드 및 출력 노드에서 3개의 저역 통과 필터(Low-Pass Filter, LPF)에 의해 캐스케이드되는 I/Q 경로들 사이의 전하 공유에 기인하는 BPF를 만들 것이다. 어떻게 저역 통과 IIR 필터가 CS-BPF에 의해 종속되는지에 대한 단계별 세부사항은 간단한 경우에 대해 도 3에 나타낸다. C_R이 출력 노드에 연결된 후, 다음 단계에서 C_R에서 저역 통과 필터링된 전하가 복소 입력으로 다음 C_H에 전달될 것이다. 이 메커니즘은 모든 16개 단계에서 계속되어 16개 CLK 단계의 순환(circle)을 완성할 것이다. 차동 출력 전압을

및

(6)

입력 전류에 대해서도 마찬가지로, 입력 복소 전압은 다음과 같이 정의될 수 있다:

(7)

위 식에서,

이고

이다. 입력에서 출력에의 간략화된 z 도메인 전달 함수를 다음과 같이 도출할 수 있다:

(8)

위 식에서,

이다. 필터의 중심 주파수는,

(9)

에 위치하고 필터의 대역폭은 다음과 같다:

(10)

또한, 대역폭으로 나누어진 중심 주파수인 품질 계수(Q)의 정의에 따르면, 필터의 품질 계수는

과 같다.

도 6a는 구현 형태에 따른 8/8 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(600)의 블록도를 나타낸다. 도 6b는 도 6a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(600)의 예시적인 스위칭 신호(610)를 나타낸 도면이다.

도 6a는 8/8 모드의 CS-BPF의 기본 개략도를 나타낸다. 8/8 모드는 필터에서의 8개의 입력, 8개의 출력 및 8개의 CLK 단계를 의미한다. 8개의 입력 전하, qi1, qi2, qi3, qi4, ..., qi8은 입력 이력 커패시터(C_H1, C_H3, C_H5, ..., C_H8)에 축적된다. 동시에, 각 단계에서, C_R은 각 C_H에서 C_R/(C_H+C_R)에 비례하여 전하의 일부를 제거하고 그것을 다음 입력 시에 다음 C_H에 전달한다. 유의해야 할 것은, CS-BPF는 입력 이력 커패시터들 사이의 전하를 공유하는 단 하나의 C_R로 작동될 수 있다는 것이다. 이 경우에, CS-BPF는 풀레이트가 아니며, 그 샘플링 주파수는 f_LO와 같다. 차동 출력 전압을

, 및

(11)

입력 전류에도 마찬가지로 적용한다. 통합된 입력 복소 전류는 다음과 같이 정의될 수 있다:

(12)

위 식에서,

및

이다. 복소 입력에서 복소 출력에의 간략화된 z 도메인 전달 함수를 다음과 같이 도출할 수 있다:

(13)

위 식에서,

이다. 필터의 중심 주파수는,

(14)

에 위치하고 필터의 대역폭은 다음과 같다:

(15)

위 식에서, R은 C_R 의 이산시간 등가 저항이고 1/(C_R _·f_S)과 같다. 또한, 대역폭으로 나뉜 중심 주파수인 품질 계수(Q)의 정의에 따르면, 필터의 품질 계수는

과 같다.

도 7a는 구현 형태에 따른 8/16 모드의 전하 공유 대역 통과 필터(700)의 개략도를 나타낸다. 도 7b는 도 7a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(700)의 예시적인 스위칭 신호(710)를 나타낸 도면이다.

도 7a는 8/16 모드의 CS-BPF의 기본 개략도를 나타낸다. 8/16 모드는 8개의 입력, 8개의 출력 및 16개의 CLK 단계를 의미한다. 이 회로에서의 입력은 복소 전하(q_i1, q_i2, q_i3, q_i4,..., q_i8)이다. 8/8 모드의 CS-BPF와 마찬가지로, C_R은 입력 C_H 커패시터(C_H1, C_H3, C_H5, ..., C_H15) 사이에서 전하를 공유한다. 각 단계에서, C_R은 입력 C_H 커패시터로부터 전하를 취한다. 다음 단계에서, C_R은 출력 C_H 커패시터(C_H2, C_H4, C_H6, ..., C_H16)에 연결된다. 이 기술은 출력에 위치한 저역 통과 필터(LPF)에 의해 종속되는 전하 공유에 기인하는 BPF를 만들 것이다. 어떻게 저역 통과 IIR 필터가 CS-BPF에 의해 캐스케이드되는지에 대한 단계별 세부사항은 간단한 경우에 대해 도 3에 나타낸다. LPF 전하 공유 후에, 다음 단계에서 C_R에서 저역 통과 필터링된 전하가 복소 입력으로 다음 C_H에 전달될 것이다. 이 메커니즘은 모든 16개 단계에서 계속되어 16개 CLK 단계의 순환을 완성할 것이다. 차동 출력 전압을

(16)

통합된 입력 전류에 대해서도 마찬가지로, 입력 복소 전류는 다음과 같이 정의될 수 있다:

(17)

위 식에서,

및

이다. 입력에서 출력으로의 간략화된 z 도메인 전달 함수를 다음과 같이 도출할 수 있다:

(18)

위 식에서,

이다. 필터의 중심 주파수는,

(19)

에 위치하고 필터의 대역폭은 다음과 같다:

(20)

필터의 품질 계수는

이다.

도 8a 및 도 8b는 구현 형태에 따른 상이한 모드의 전하 공유 대역 통과 필터의 정규화된 주파수 응답을 나타낸다. 식 (13) ∼ 식 (18)을 사용하여, 도 4∼도 7과 관련하여 전술한 필터의 정규화된 주파수 응답은 동일한 중심 주파수에 대해 입력 노드(도 8b) 및 출력 노드(도 8a) 둘 다가 도면에 도시되어 있다(이하, 도 8a 및 도 8b를 도 8이라고도 함)

도 9a 및 도 9b(이하, 도 9라고도 함), 도 10a 및 도 10b(이하, 도 10이라고도 함), 도 11a 및 도 11b(이하, 도 11이라고도 함), 그리고 도 12a 및 도 12b(이하, 도 12라고도 함)에 각각 도시되어 있다. 결론적으로, 필터는 높은 선택성을 갖는 복소 대역 통과 필터링을 제공한다.

도 9a는 구현 형태에 따른 4/8 모드의 풀레이트(full-rate) 전하 공유 대역 통과 필터(900)의 전체 개략 블록도를 나타낸다. 도 9b는 도 9a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(900)의 예시적인 스위칭 신호(910)를 나타낸 도면이다.

도 10a는 구현 형태에 따른 4/16 모드의 풀레이트 전하 공유 대역 통과 필터(1000)의 전체 개략 블록도를 나타낸다. 도 10b는 도 10a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(1000)의 예시적인 스위칭 신호(1010)를 나타낸 도면이다.

도 11a는 구현 형태에 따른 8/8 모드에서 풀 레이트 전하 공유 대역 통과 필터(1100)의 전체 개략 블록도를 나타낸다. 도 11b는 도 11a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(1100)의 예시적인 스위칭 신호(1110)를 나타낸 도면이다.

도 12a는 구현 형태에 따른 8/16 모드의 풀레이트 전하 공유 대역 통과 필터(1200)의 전체 개략 블록도를 나타낸다. 도 12b는 도 12a에 나타낸 전하 공유 대역 통과 필터(1200)의 예시적인 스위칭 신호(1210)를 나타낸 도면이다.

도 13은 구현 형태에 따른 전하 공유 필터로 전류 신호를 필터링하는 방법(1300)을 설명하는 흐름도를 나타낸다. 전류 신호는 도 2∼도 12와 관련하여 전술한 바와 같은 전류 신호(202)일 수 있다. 전하 공유 필터는 도 2∼도 12와 관련하여 전술한 바와 같은 전하 공유 필터일 수 있다.

전하 공유 필터는 회전 커패시터(C_R); 및 도 2∼도 12와 관련하여 전술한 바와 같은, 복수의 기본 필터를 포함한다. 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드(A_i)와 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i) 사이에 결합된 기본 스위치(φ_i); 및 개개의 기본 필터의 제2 노드(B_i)에 결합된 이력 커패시터(C_H)를 포함한다. 복수의 기본 필터의 제2 노드(B_i)는 하나의 상호연결 노드(B)에서 회전 커패시터(C_R)와 상호연결된다. 상기 방법(1300)은 복수의 기본 필터의 제1 노드(A_i)에 신호를 제공하는 단계(1301)를 포함한다. 상기 방법(1300)은 기본 스위치(φ_i)의 스위칭 상태에 따라 복수의 기본 필터의 이력 커패시터(C_H)와 회전 커패시터(C_R) 사이의 전류 신호에 의해 제공되는 전하를 공유하여 복수의 제1 노드(A_i)에 전압 신호를 제공하는 단계(1302)를 포함한다.

여기에 기술된 방법, 시스템, 및 기기는 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP), 마이크로컨트롤러, 또는 다른 사이드프로세서(side-processor) 내의 소프트웨어로서 또는 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 칩 상의 주문형 반도체(application specific integrated circuit, ASIC) 내의 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다. 본 발명은 디지털 전자회로 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

본 발명은 또한, 실행될 때, 하나 이상의 컴퓨터로 하여금 본 명세서에 기술된 수행 단계 및 계산 단계, 특히, 도 13과 관련하여 전술한 바와 같은 방법(1300)을 실행하도록 하는, 컴퓨터로 실행할 수 있는 코드 또는 컴퓨터로 실행할 수 있는 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 지원한다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터에 의한 사용을 위해 프로그램 코드를 저장한, 판독할 수 있는 저장 매체를 포함할 수 있으며, 프로그램 코드는 도 13과 관련하여 전술한 바와 같은 방법(1300)을 수행할 수 있다.

본 발명의 구체적인 특징 또는 측면을 여러 구현예 중 오직 하나와 관련하여 개시하였지만, 그러한 특징 또는 측면은 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 바람직하고 유리할 수 있을 때 다른 구현예의 하나 이상의 다른 특징 또는 측면과 결합될 수 있다. 또한, 용어 "포함한다(includ)", "갖는다(have)", "가지는(with)", 또는 그 다른 변형이 상세한 설명이나 청구범위에서 사용된다는 점에서, 그러한 용어는 용어 "포함한다(comprise)"와 유사하게 포괄적인 것으로 의도된다. 또한, "예시적인", "예를 들어" 및 "예컨대"는 최선 또는 최적이라기보다, 단지 예로서 의도된다. 용어 "결합(coupled)"과 "연결(connected)"은, 파생어(derivatives)와 함께 사용될 수 있다. 이해해야 할 것은, 두 요소가 직접 물리적 또는 전기적 접촉 상태인지, 또는 서로 직접 접촉하지 않는 상태인지에 관계없이 서로 협력하거나 상호작용한다는 것을 나타내는 데 사용되었을 수 있다는 것이다.

본 명세서에서는 구체적인 측면을 예시하고 설명하였지만, 당업자는 다양한 대안 및/또는 등가의 구현예가, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 도시 및 기재된 구체적인 측면을 대체할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 측면의 임의의 개조 또는 변형을 포함하도록 의도된다.

이하의 청구범위에서 요소들은 대응하는 라벨 부여와 함께 특정 순서로 열거되어 있지만, 청구항 열거가 이들 요소의 일부 또는 전부를 구현하기 위한 특정 순서를 의미하고 있지 않은 한, 이들 요소는 반드시 그 특정 순서로 구현되는 것에 한정되도록 의도되지 않는다.

여러 가지 대안, 수정, 및 변형이 상기한 교시에 비추어 당업자에게 명백할 것이다. 물론, 당업자는 본 명세서에 기재된 것 이외의 본 발명의 다양한 애플리케이션이 있다는 것을 쉽게 인식한다. 본 발명을 하나 이상의 특정 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 인식한다. 따라서, 첨부된 특허범위 및 그 등가물의 범위 내에서, 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 기재된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims

회전 커패시터; 및
복수의 기본 필터
를 포함하고,
각각의 기본 필터는,
개개의 기본 필터의 제1 노드와 제2 노드 사이에 각각 결합된 기본 스위치; 및
개개의 기본 필터의 제1 노드에 결합된 이력 커패시터(history capacitor)를 포함하고,
각각의 신호원이 상기 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드에 연결되는 복수의 신호원에 의해 제공되는 전하가, 상기 기본 스위치들의 스위칭 상태에 따라 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터와 상기 회전 커패시터 사이에 공유될 수 있도록, 상기 복수의 기본 필터의 제2 노드는 하나의 상호연결 노드에서 회전 커패시터와 상호연결되는,
전하 공유 필터.
제1항에 있어서,
상기 신호원은 전류원이고, 각각의 전류원은 상기 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드에 연결되는, 전하 공유 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 기본 필터의 제1 노드는 상기 전하 공유 필터의 입력단 및 출력단 둘 다이고, 상기 입력단은 전류 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 출력단은 전압 신호를 제공하도록 구성되며,
상기 전압 신호는 상기 전하 공유 필터의 필터 특성에 기초하여 상기 전류 신호를 필터링하여 제공되는, 전하 공유 필터.
제3항에 있어서,
상기 필터 특성은 동상 성분(in-phase component)과 직교 성분(quadrature component)을 포함하는 복소값 대역 통과 필터(complex-valued band pass filter)인, 전하 공유 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치는 주기적으로 스위칭되는, 전하 공유 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치는 샘플링 주기에 기초하여 스위칭되는, 전하 공유 필터.
제6항에 있어서,
상기 회전 커패시터 및 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터에 축적된 전하는 상기 샘플링 주기에 기초하는, 전하 공유 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치는 다상 스위칭 신호(multi-phase switching signal)에 기초하여 스위칭되는, 전하 공유 필터.
제8항에 있어서,
상기 다상 스위칭 신호는, 상기 복수의 기본 필터의 하나의 기본 스위치에 제1 신호 레벨을 제공하는 한편 상기 복수의 기본 필터의 다른 기본 스위치에 제2 신호 레벨을 제공하는, 전하 공유 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전 커패시터, 상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치, 및 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터가 트랜지스터인, 전하 공유 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 기본 필터의 기본 스위치 및 복수의 제2 기본 필터의 기본 스위치의 스위칭 상태에 따라, 상기 복수의 신호원에 의해 제공되는 전하가 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터, 상기 복수의 제2 기본 필터의 이력 커패시터, 및 상기 회전 커패시터 사이에 공유될 수 있도록,
상기 전하 공유 필터는, 상기 복수의 제2 기본 필터를 더 포함하고,
각각의 제2 기본 필터는,
개개의 제2 기본 필터의 제3 노드와 상기 상호연결 노드 사이에 결합된 기본 스위치; 및
상기 제3 노드에 결합된 이력 커패시터를 포함하는, 전하 공유 필터.
제11항에 있어서,
상기 복수의 제2 기본 필터는 상기 복수의 기본 필터와 캐스케이드(cascade)된 1차 IIR 필터들로 분할되어 있고, 각각의 제2 기본 필터가 하나의 1차 IIR 필터를 구성하는, 전하 공유 필터.
제11항에 있어서,
상기 복수의 제2 기본 필터는 상기 복수의 기본 필터와 캐스케이드(cascade)된 고차의 3차 IIR 필터들로 분할되어 있고, 세 개의 제2 기본 필터의 각각의 트리플릿(triplet)이 하나의 3차 IIR 필터를 구성하는, 전하 공유 필터.
제11항에 있어서,
상기 복수의 기본 필터의 제1 노드는 상기 전하 공유 필터의 입력단이고, 상기 입력단은 전류 신호를 수신하도록 구성되고;
상기 복수의 제2 기본 필터의 제3 노드는 상기 전하 공유 필터의 출력단이고, 상기 출력단은 전압 신호를 제공하도록 구성되며;
상기 전압 신호는 상기 전하 공유 필터의 필터 특성에 기초하여 입력 신호를 필터링하여 제공되는, 전하 공유 필터.
전하 공유 필터로 신호를 필터링하는 방법으로서,
상기 전하 공유 필터는 회전 커패시터 및 복수의 기본 필터를 포함하고, 각각의 기본 필터는, 개개의 기본 필터의 제1 노드와 제2 노드 사이에 각각 연결된 기본 스위치; 및 개개의 기본 필터의 제1 노드에 연결된 이력 커패시터를 포함하고, 각각의 신호원이 상기 복수의 기본 필터의 개개의 제1 노드에 연결되는 복수의 신호원에 의해 제공되는 전하가, 상기 기본 스위치들의 스위칭 상태에 따라 상기 복수의 기본 필터의 이력 커패시터와 상기 회전 커패시터 사이에 공유될 수 있도록, 상기 복수의 기본 필터의 제2 노드는 하나의 상호연결 노드에서 상기 회전 커패시터와 상호연결되고,
상기 전하 공유 필터로 신호를 필터링하는 방법은,
상기 복수의 기본 필터의 제1 노드에 신호를 제공하는 단계를 포함하는 방법.
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