技术领域
[0001] 本实用新型涉及
电子电路半导体技术领域，尤其涉及一种
高通滤波器。
背景技术
[0002] 目前在集成电路模拟电子线路中，对于滤波器的设计，大都采用CMOS工艺，特别是在很多模拟接收电路和光传感接收电路中的传递系统中很多设计师均采用CMOS工艺，之所以采用CMOS工艺这是因为其电路简单，但是COMS工艺的
稳定性和一致性不是太好，使其有一定的使用限制即如果要保证稳定度需要增加较为复杂的电路，滤波器的另一个重要的参数截止
频率更加需要稳定和一致，而CMOS工艺在设计中，由于其增益变化较大，截止频率稳定性和一致性难以保障；同时在集成电路中早期也有设计师选用R\C\L方式，它的实现结果很直接，不需要等效电路，截止频率的稳定性和一致性也好，但在某些滤波器的要求中，可能需要较大的RCL，这样RCL在集成电路的设计中就会占
硅片很大的面积。
[0003] 也就是说，在滤波器设计电路相关技术方案中，存在由于大
电阻器和大电容器而集成电路的芯片尺寸也随着增大的缺点，且截止频率稳定性和一致性与难以保障的问题。实用新型内容
[0004] 本
申请实施例提供一种高通滤波器，其电路简单、稳定性和一致性较佳，而且占
硅片面积也很小，同时可以任意设定截止频率。
[0005] 一种高通滤波器，其特征在于，包括依次电性连接的滤波电容器、
偏置电路、双极型晶体管电路，所述滤波电容器用于对输入
信号进行滤波，所述偏置电路用于为所述双极型晶体管电路提供偏置
电流，所述双极型晶体管电路用于在偏置电路作用下，通过改变自身的电流增益调节本滤波器的截止频率。
[0006] 可选的，在其中一个实施例中，所述双极晶体管电路包括NPN晶体管或者PNP晶体管。
[0007] 可选的，在其中一个实施例中，所述偏置电路包括
电流镜电路，所述电流镜电路包括依次电性连接的恒流源电路、晶体管控制电路和镜像电流源电路，所述恒流源电路用于为镜像电流源电路提供基准电流，所述晶体管控制电路用于调节镜像电流源电路的输出电流，所述镜像电流源电路用于在所述晶体管控制电路控制下输出双极型晶体管电路的偏置电流。
[0008] 可选的，在其中一个实施例中，所述偏置电路可以由
电阻器或由电阻器元件和晶体管元件组成的偏置电路结构替代。
[0009] 可选的，在其中一个实施例中，若所述双极晶体管电路包括NPN晶体管，则所述镜像电流源电路包括由两个PNP晶体管组成的双极型基本电流镜；若所述双极晶体管电路包括PNP晶体管，则所述镜像电流源电路包括由两个NPN晶体管组成的双极型基本电流镜。
[0010] 可选的，在其中一个实施例中，若所述镜像电流源电路包括由两个PNP晶体管组成的双极型基本电流镜，则所述晶体管控制电路包括NPN晶体管；若所述镜像电流源电路包括由两个NPN晶体管组成的双极型基本电流镜，则所述晶体管控制电路包括PNP晶体管。
[0011] 可选的，在其中一个实施例中，所述高通滤波器还包括所述负载电路。
[0012] 可选的，在其中一个实施例中，所述负载电路包括负载电阻。
[0013] 可选的，在其中一个实施例中，所述负载电路包括
二极管电路。
[0014] 实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：
[0015] 上述高通滤波器是一种利用双极晶体管的输出电阻形成了高通滤波器电路，其通过依次电性连接的电容器、偏置电路、双极晶体管电路和负载电路，在所述偏置电路所提供的偏置电流下，对
输入信号进行滤波且通过双极晶体管电路能够通过改变自身的电流增益调节本滤波器的截止频率；利用双极晶体管的输出电阻使高通滤波器在
半导体芯片中占据的硅片面积很小，同时由于双极晶体管电路的输入电阻较易控制，不易受外部干扰等特性，使得本高通滤波器具有截止频率较低的频率特性，且还可以任意调节滤波器的截止频率；以此轻而易举地实现高频滤波器在半导体芯片中的集成应用。
附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
[0017] 其中：
[0018] 图1为一个实施例中的高通滤波器的结构
框图；
[0019] 图2为一个实施例中的高通滤波器的电路示意图；
[0020] 图3为另一个实施例中的高通滤波器的电路示意图；
[0021] 图4为图2与图3所示的高通滤波器的等效电路示意图。
具体实施方式
[0022] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0023] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请。可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
[0024] 以下提供一种高通滤波器，其是为了改善由于大电阻器和大电容器而集成电路的芯片尺寸也随着增大的缺点，而利用晶体管的输出电阻形成了高通滤波器电路，以此区别于传统的高通滤波器电路，可以在芯片中设计有效的高通滤波器电路的同时又可以占用较小的硅片面积，而且在高通滤波器设计中利用比一般的电阻元件占用小于几倍至几百倍的面积且特性变化随晶体管类型的变化也很小，以此可以提高高通滤波器电路的可靠性。且还可以任意调节滤波器的截止频率。如图1所示，为一个实施例中高通滤波器的结构框图，该高通滤波器包括依次电性连接的滤波电容器110、偏置电路120、双极型晶体管电路130和负载电路140。
[0025] 其中，滤波电容器110用于对输入信号进行滤波。
[0026] 其中，偏置电路120用于为所述双极型晶体管电路130提供偏置电流，所述偏置电路120包括电流镜电路，所述电流镜电路包括依次电性连接的恒流源电路、晶体管控制电路和镜像电流源电路，所述电流镜电路的基准电流由恒流源电路提供，所述镜像电流源电路在所述晶体管控制电路控制下输出双极型晶体管电路的偏置电流，同时通过所述晶体管控制电路调节镜像电流源电路的输出电流。进一步的，为所述双极型晶体管电路130提供偏置电流无需一定是电流镜电路，所述偏置电路120还可以是由电阻器构成的偏置电路，其直接与双极型晶体管电路130串接以为所述双极型晶体管电路130提供偏置电流；所述偏置电路120还可以是由电阻器元件和晶体管元件组成的偏置电路结构以为所述双极型晶体管电路
130提供偏置电流；偏置电路的构成可以通过任何一般的标准的偏置电路使用于本应用或代替本应用所提及的电流镜电路，本例对此不作具体限定。
[0027] 其中，双极型晶体管电路130用于在偏置电路120作用下，通过改变自身的电流增益调节本滤波器的截止频率，所述双极晶体管电路包括NPN晶体管或者PNP晶体管；之所以在本滤波电路中采用双极晶体管而不采用COMS或其它技术，主要考虑双极晶体管的输入电阻较易控制，不易受外部干扰；且当双极晶体管处于偏置并在动态范围中工作时，其输出电阻较大，则可利用双极晶体管的输出电阻使得本滤波电路在半导体芯片中占据的硅片面积很小，以便于实现高频滤波器在半导体芯片中的集成化。进一步的，所述双极晶体管电路若包括NPN晶体管，则所述镜像电流源电路包括由两个PNP晶体管组成的双极型基本电流镜，所述晶体管控制电路包括NPN晶体管；若所述双极晶体管电路包括PNP晶体管，则所述镜像电流源电路包括由两个NPN晶体管组成的双极型基本电流镜，所述晶体管控制电路包括PNP晶体管。进一步的，为了
精度更高，达到一定的输出能
力，所述晶体管控制电路中的晶体管使用具有堆叠形态的双极晶体管甚至三极晶体管以加大晶体管的输出电阻，例如3D堆叠晶体管。
[0028] 其中，负载电路140包括负载电阻或二极管电路中的一种电路形式。
[0029] 在一个实施例中，如图2所示，为一个高通滤波器的电路示意图，该高通滤波器包括滤波电容器C、NPN晶体管Q1、由两个PNP晶体管Q3和Q4组成的双极型基本镜像电流镜结构，恒流源Ie、NPN晶体管Q2和负载电阻R1；其中，恒流源Ie提供基准电流，双极型基本镜像电流镜结构中的PNP晶体管Q4是二极管连接结构，其基极和集
电极是彼此连接，该电流镜结构为NPN晶体管Q1提供偏置电路，该双极型基本镜像电流镜结构的镜像电流由PNP晶体管Q3输出，输出电流的大小由NPN晶体管Q2控制，而该高通滤波器的输入是通过滤波电容器C连接到输入NPN晶体管Q1的基极，该高通滤波器的输出自NPN晶体管Q1的发射极和负载电阻R1互连接在一起的
节点引出。该高通滤波器的滤波原理为：假定PNP晶体管Q3本身的输出电阻为R0，NPN晶体管Q1的电流增益为β，则在该电路的Q1的基极看进去的总电阻是R0和(β*R1)的并联值。因此，将该电路的传递函数用下列等式(1)表示，
[0030]
[0031] 其中，Rp为所述的R0和(β*R1)的并列电阻，是 该电路的截止频率F用下列等式(2)表示：
[0032]
[0033] 自上述等式可得，若能够R0是足够大的值，由于负载电阻R1是乘以NPN晶体管Q1的电流增益β的值，因此也是足够大的值，而Rp的值也是足够大的；同时由于电流增益β的值可以调节，因此Rp的值也是可以调节的，即截止频率F可以调节；且所述高通滤波器的截止频率可以通过R1或电流增益β来调节。通过这种方式，就可以设计具有希望截止频率值的高通滤波器。另，可用二极管代替作为电阻元件的R1；向NPN晶体管Q1提供适当的偏置的电路，则无需一定是电流镜电路。例如，如果要求不是很高，电阻值不是很大，可以只用电阻器元件串接在电路中形成这种偏置电路，还可以通过电阻器元件和晶体管元件的组合来形成这种偏置电路；还可以直接串接电阻以取代PNP晶体管Q3，也可以用PNP晶体管Q4的结构做为偏置电路；偏置电路的构成为可以通过任何一般的标准的偏置电路使用于本例中的电流镜结构或代替本电流镜结构，但该电流镜结构具有较高的稳定性。
[0034] 在另一个实施例中，如图3所示，为另一个实施例高通滤波器的电路示意图，该高通滤波器包括滤波电容器C、PNP晶体管Q1、由两个NPN晶体管Q3和Q4组成的双极型基本镜像电流镜结构，恒流源Ie、PNP晶体管Q2和负载电阻R1，该电路是与图3的电路形成互补关系的电路；其中，恒流源Ie提供基准电流，双极型基本镜像电流镜结构中的NPN晶体管Q4是二极管连接结构，其基极和集电极是彼此连接，该电流镜结构为PNP晶体管Q1提供偏置电路，该双极型基本镜像电流镜结构的镜像电流由NPN晶体管Q3输出，输出电流的大小由PNP晶体管Q2控制，而该高通滤波器的输入是通过滤波电容器C连接到输入PNP晶体管Q1的基极，负载元件和恒流电路Ie连接到电源
电压上，且该高通滤波器的输出自PNP晶体管Q1的的发射极和负载电阻R1互连接在一起的节点引出。该高通滤波器的滤波原理为：假定PNP晶体管Q3本身的输出电阻为R0，PNP晶体管Q1的电流增益为β，则在该电路的Q1的基极看进去的总电阻是R0和(β*R1)的并联值。因此，将该电路的传递函数与截至频率如下等式(3)、(4)表示，[0035]
[0036]
[0037] 其中，R0是PNP晶体管Q1的输出电阻，β是PNP晶体管Q1电流增益，R1是连接在Q1的发射极上的负载电阻，Rn为所述的R0和(β*R1)的并列电阻，是 自上述等式可得，若能够R0是足够大的值，由于负载电阻R1是乘以PNP晶体管Q1的电流增益β的值，因此也是足够大的值，而Rn的值也是足够大的；同时由于电流增益β的值可以调节，因此Rn的值也是可以调节的，即截止频率F可以调节；且所述高通滤波器的截止频率可以通过R1或电流增益β来调节。通过这种方式，就可以设计具有希望截止频率值的高通滤波器。另，可用二极管代替作为电阻元件的R1；向PNP晶体管Q1提供适当的偏置的电路，则无需一定是电流镜电路。例如，只用电阻器元件也可以形成这种偏置电路，还可以通过电阻器元件和晶体管元件的组合来形成这种偏置电路。偏置电路的构成为可以通过任何一般的标准的偏置电路使用于本例中的电流镜结构或代替本电流镜结构，为了精度更高，达到一定的输出能力，所述晶体管控制电路中的晶体管使用具有堆叠形态的双极晶体管甚至三极晶体管以加大晶体管的输出电阻。另如图4所示，为上述两个实施例高通滤波器的等效电路示意图，该高通滤波器的输出
端子是被表示为来自电平转换，该电平转换是分别将NPN晶体管Q1或PNP晶体管Q1转换成对应的等效电路表示出来的，同时将双极晶体管Q1中的基极和发射极之间的电压降也一并通过等效电路表示，即该高通滤波器被等效为RC滤波电路。
[0038] 上述高通滤波器是一种利用双极晶体管的输出电阻形成了高通滤波器电路，其通过依次电性连接的电容器、偏置电路、双极晶体管电路和负载电路，在所述偏置电路所提供的偏置电压下，对输入信号进行滤波且通过双极晶体管电路能够通过改变自身的电流增益调节本滤波器的截止频率；利用双极晶体管的输出电阻使高通滤波器变得更小，从而在半导体芯片中占据的硅片面积也更小，同时由于双极晶体管电路的输入电阻较易控制，不易受外部干扰等特性，使得本高通滤波器具有截止频率较低的频率特性，且还可以任意调节滤波器的截止频率；以此轻而易举地实现高频滤波器在半导体芯片中的集成应用。
[0039] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
