專利名稱：壓控濾波電路，信號(hào)處理集成電路器件及信號(hào)讀取設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如有源濾波電路等壓控濾波器并特別涉及有效地用于使用差分放大器互導(dǎo)的有源濾波電路的技術(shù)。而且，本發(fā)明還涉及用于處理由記錄介質(zhì)(或磁盤)讀出的記錄信號(hào)的信號(hào)處理過(guò)程的半導(dǎo)體集成電路器件，例如還涉及有效用于使用上述半導(dǎo)體集成電路的諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器(或硬盤存儲(chǔ)器)的盤讀取系統(tǒng)中的技術(shù)。
盤讀取系統(tǒng)，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器(以下也稱作硬盤存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器或HDD)，軟盤驅(qū)動(dòng)器(以下也稱為FDD)，CDROM(高密度盤只讀存儲(chǔ)器)驅(qū)動(dòng)器以及MO(磁—光)盤驅(qū)動(dòng)器等用作諸如小型工作站和個(gè)人計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理器的外部存儲(chǔ)裝置。硬盤驅(qū)動(dòng)器或軟盤驅(qū)動(dòng)器使用磁盤(或磁記錄介質(zhì))用作信息記錄介質(zhì)。CDROM驅(qū)動(dòng)器使用光盤，在這種盤上信息以光學(xué)方法存儲(chǔ)。
在硬盤驅(qū)動(dòng)器或軟盤驅(qū)動(dòng)器中，數(shù)據(jù)通過(guò)磁頭寫到由主軸馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的磁盤的磁道上或通過(guò)該磁頭從磁道上讀出。通過(guò)磁頭從磁盤上讀出的記錄信號(hào)提供給包含在外部存儲(chǔ)裝置中的用于信號(hào)處理的半導(dǎo)體集成電路以便去除例如不希望有的信號(hào)成份和噪聲成份。這種去除的目標(biāo)在于其頻率超過(guò)在用于讀通道的半導(dǎo)體集成電路中所提供的低通濾波器截止頻率的那些不希望有的信號(hào)成分和噪聲成份。
為了適合數(shù)據(jù)處理器不斷增長(zhǎng)的處理速度以及應(yīng)用軟件不斷增長(zhǎng)的程度，人們正不斷努力增加硬盤驅(qū)動(dòng)器，軟盤驅(qū)動(dòng)器，CDROM驅(qū)動(dòng)器和MO驅(qū)動(dòng)器的盤的數(shù)據(jù)記錄密度(或表面記錄密度)和數(shù)據(jù)傳輸速率。
有關(guān)增加記錄密度的技術(shù)，已經(jīng)知道有多區(qū)域記錄方法。在多區(qū)域記錄中，使得記錄在外周邊磁道上的信號(hào)的頻率相對(duì)高于記錄在內(nèi)周邊磁道上的信號(hào)頻率，保持磁盤的旋轉(zhuǎn)速度(或角速度)不變。這就增加了外周磁道上的記錄密度，從而增加了整個(gè)磁盤的記錄密度。其結(jié)果是在多區(qū)域記錄中，記錄密度在整個(gè)磁盤的所有磁道上是均勻的。
于是，在讀取由多區(qū)域記錄所記錄在磁盤上的數(shù)據(jù)時(shí)，上述用于信號(hào)處理的半導(dǎo)體集成電路器件就要處理其頻率由低到高變化的讀信號(hào)。此即在該半導(dǎo)集成電路器件中所設(shè)置的低通濾波器的截止頻率就要根據(jù)從磁盤讀取信號(hào)的頻率而進(jìn)行可變地控制。換言之，從磁盤內(nèi)周邊的磁道讀取信號(hào)時(shí)，要使得低通濾波器的截止頻率相對(duì)的低，而當(dāng)從外周邊磁道讀取信號(hào)時(shí)，就要使得截止頻率相對(duì)地高。
對(duì)于上述信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件中所設(shè)置的低通濾波器，可使用應(yīng)用差動(dòng)放大器互導(dǎo)gm的有源濾波電路(或壓控濾波器)。例如，這樣的有源濾波電路在“Introduction to Analog IC Funcotion-al Circuit Design，”CQ Publishing Company，P.151.中有說(shuō)明。該有源濾波電路包括一個(gè)可變電導(dǎo)電路，該電路具有一對(duì)輸入晶體管，其基極供以輸入電壓信號(hào)，每一發(fā)射極裝有恒流源；該對(duì)晶體管共用的負(fù)載裝置通過(guò)單向器件接到它們的集電極；一對(duì)差動(dòng)晶體管，其基極分別供以該輸入晶體管對(duì)集電極的輸出；接在該對(duì)差動(dòng)晶體管共同發(fā)射極的可變電流源；以及分別接到該差動(dòng)晶體管對(duì)的集電極的電流源負(fù)載，使得該可變電流源的電流值的一半流過(guò)每一負(fù)載；上述的可變電導(dǎo)電路是與電容器結(jié)合的。在這樣構(gòu)造成的有源濾波電路中，由一對(duì)差動(dòng)晶體管，電流源負(fù)載和可變電流源構(gòu)成的差動(dòng)放大品的互導(dǎo)gm如所希望的那樣可通過(guò)改變流經(jīng)該差動(dòng)晶體管對(duì)的電流值而被改變。于是通過(guò)應(yīng)用上述有源濾波器所構(gòu)成的低通濾波器能夠獲得所希望的截止頻率。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用這種有源濾波器作為用于處理其頻率在大范圍內(nèi)變化的信號(hào)的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路，并且改變流經(jīng)該低通濾波器中的差動(dòng)放大器的電流值以便使得該差動(dòng)放大器的互導(dǎo)發(fā)生變化而顯著改變?cè)摰屯V波器的截止頻率將增加該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路的電流消耗，特別是該低通濾波器的功率消耗。即，由該有源濾波器所構(gòu)成的低通濾波器的截止頻率(fc)是正比于連接到輸入晶體管對(duì)的恒流源的值(I0)與可變電流源的值(I1)的比值I1/I0的。
于是，例如當(dāng)截止頻率(fc)從3MHz變到27MHz時(shí)，可變電流源(I1)在27MHz時(shí)的值為3MHz時(shí)的電流值的9倍之大。
結(jié)果，由以上信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路所形成的半導(dǎo)體芯片(或半導(dǎo)體基片)不能夠以低成本的樹脂封裝；而是這種芯片必須以昂貴的陶瓷來(lái)封裝，從而使得這處信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路變得昂貴。
即使以上述的有源濾波器所設(shè)計(jì)的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路使得從磁盤的內(nèi)周向外周延伸的磁道上讀取的信號(hào)可被覆蓋，但一般仍必須設(shè)計(jì)許多類型的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路，其數(shù)量與對(duì)應(yīng)于由特定系統(tǒng)所要處理的頻率的變化的硬盤存儲(chǔ)器裝置的數(shù)量相當(dāng)。即，由于磁盤的直徑與盤的轉(zhuǎn)速是隨系統(tǒng)制造和/或系統(tǒng)而變化的，故由該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路所要處理的信號(hào)頻率是變化多端的。這就不可避免使得該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路按眾多型號(hào)小批量基數(shù)制造，從而使得該電路缺乏價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。
為了解決以上一方面或多方面的問(wèn)題，我們發(fā)明了一種壓控濾波電路，該電路功耗相當(dāng)?shù)男∏铱商峁┰谙喈?dāng)寬的范圍內(nèi)的截止頻率。
因而本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種壓控濾波電路，該電路功耗相當(dāng)小而且提供了在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)所希望的截止頻率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種包含低成本壓控濾波電路的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件。
本發(fā)明的又一目的是提供一種包含高通用性壓控濾波電路的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件。
本發(fā)明還有一目的是提供一種低成本高通用性的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件和應(yīng)用這種器件的盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些及其他目的，特點(diǎn)及優(yōu)越性通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明并與所附圖示共同考慮即可較好地被理解和確認(rèn)。
以下將簡(jiǎn)述這里所公開的本發(fā)明的典型特點(diǎn)。
實(shí)施本發(fā)明并根據(jù)其一方面的特點(diǎn)提供了包括以下器件的壓控濾波電路(或有源濾波器)一種可變電導(dǎo)電路，該電路具有一對(duì)輸入晶體管，在它們的基極供以輸入電壓信號(hào)，在它們的每一發(fā)射極供以第一可變電流源；通過(guò)單向器件共同耦合到該輸入晶體管對(duì)的集電極的負(fù)載裝置；一對(duì)差動(dòng)晶體管，在它們的基極分別供以輸入晶體管對(duì)的集電極的輸出；與該差動(dòng)晶體管對(duì)的共用發(fā)射極耦合的第二可變電流源；以及分別與該差別晶體管對(duì)的集電極耦合的電流源負(fù)載使得該第二可變電流源的電流值的一半流過(guò)；其中第一電流源的電流值當(dāng)預(yù)定的頻率范圍升得較高時(shí)被轉(zhuǎn)換變得較低。同時(shí)，該第二可變電流源的電流值被可變控制使得第一可變電流源的電流值I0與第二可變電流源的電流值(I1)的比率I1/I0提供一個(gè)所希望的截止頻率(fc)。
如上所述，即由該有源濾波器所實(shí)現(xiàn)的低通濾波器的截止頻率(fc)是與耦合到輸入晶體管對(duì)的第一可變電流源的電流值I0與耦合到差動(dòng)晶體管對(duì)的第二可變電流源的電流值(I1)的比率(I1/I0)成正比的。因而，假設(shè)例如截止頻率(fc)在3MHz到27MHz之間變化。當(dāng)?shù)谝豢勺冸娏髟吹碾娏髦翟诮刂诡l率(fc)從9MHz到27MHz變化時(shí)則為截止頻率(fc)從3MHz到9MHz時(shí)的第一可變電流源的電流值(I0)的三分之一(I0/3)。給定在3MHz的截止頻率(fc)為1，那么第二可變電流源的電流值(I1)至多在3MHz處的電流值的三倍之高。結(jié)果是，影響濾波器功耗的第二可變電流源的電流值被顯著降低。
當(dāng)應(yīng)用上述壓控濾波電路的低通濾波器裝設(shè)于信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件中時(shí)，第一可變電流源的電流值(I0)與第二可變電流源的電流值(I1)是通過(guò)從多個(gè)參考電流源中選擇所需要的數(shù)目的參考電流源形成的以改變第一可變電流源的電流值(I0)和第二可變電流源的電流值(I1)。為了這參考電流源的選擇，在信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件內(nèi)裝設(shè)了多個(gè)寄存器，這些寄存器可從這電路器件的外部被寫入。這些多個(gè)寄存器包括第一寄存器，其可被寫入要由該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件所處理的信號(hào)的頻率的變化，或稱為與該低通濾波器的必須的截止頻率變化相關(guān)的第一數(shù)據(jù)，以及第二寄存器，其例如被動(dòng)態(tài)地寫入來(lái)自微機(jī)的第二數(shù)據(jù)，該第二數(shù)據(jù)是與該低通濾波器截止頻率的設(shè)定相關(guān)的以便使得同數(shù)據(jù)所讀出的磁道相適合。此外，該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件還裝有一個(gè)選擇器電路，用于從上述多個(gè)參考電流源中基于分別所寫入到第一與第二寄存器中的第一與第二數(shù)據(jù)選擇出所需要數(shù)目的參考電流源或預(yù)定數(shù)目的參考電流源。
以上新穎的裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)第一可變電流源的電流值的選擇要使得在頻率范圍升高時(shí)該電流值逐步下降，并且第二可變電流源的電流值的可變控制要使得第一可變電流源的電流值(I0)與第二可變電流源的電流值(I1)的比率(I1/I0)提供所需要的截止頻率(fc)。于是，影響該壓控濾波電路功耗的第二可變電流源的變化被降低，從而顯著地節(jié)省了壓控濾波電路的功耗。
由于在信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件的低通濾波器中使用基于本發(fā)明的壓控濾波電路，節(jié)省了該壓控濾波電路的功耗，故信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件的功耗也被降低。結(jié)果是，在其上形成該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件的半導(dǎo)體芯片(或半導(dǎo)體基片)可以用低成本的樹脂進(jìn)行封裝，從而降低了該IC器件的造價(jià)。
在使用基于本發(fā)明的壓控濾波電路的信號(hào)處理集成電路器件中。形成第一可變電流源的電流值(I0)與第二可變電流源的電流值(I1)的參考電流源的組合是基于寫入第一寄存器的與截止頻率的變化相關(guān)的數(shù)據(jù)而確定的。然后，基于寫入第二寄存器的數(shù)據(jù)，從上述由第一數(shù)據(jù)所確定的組合中由選擇電路選擇出一個(gè)最優(yōu)組合。由于第一寄存器的內(nèi)容的構(gòu)成是改變的，于是可在該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件上設(shè)置各種截止頻率變化范圍。結(jié)果，是加強(qiáng)了該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件的通用性。另一方面，由于當(dāng)前使用的截止頻率是動(dòng)態(tài)地寫入第二寄存器，并且可選擇基于所寫入的截止頻率所應(yīng)用的參考電流源的最優(yōu)組合，于是提供了低功耗高通用性的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件。
而且，對(duì)于向第一與第二寄存器寫入數(shù)據(jù)采用了串行數(shù)據(jù)傳送，從而減少了信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件上所裝設(shè)的外部引線，結(jié)果是形成該IC器件的半導(dǎo)體基片的面積相對(duì)較小。于是，獲得了塑料(或樹脂)封裝的低功耗高通用性并且具有較少外部引線數(shù)的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件。


圖1是表示作為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的實(shí)踐過(guò)的有源濾波電路的框圖；圖2是表示圖1本發(fā)明的實(shí)踐過(guò)的一個(gè)較佳實(shí)施例的二階低通濾波器的框圖；圖3是表示作為本發(fā)明實(shí)踐過(guò)的一個(gè)較佳實(shí)施例的差動(dòng)放大器的電路圖；圖4是一電路圖，表示作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)踐過(guò)的一個(gè)較佳實(shí)施例的電流源電路，該電流源電路用于形成控制圖3的差動(dòng)放大器的互導(dǎo)的恒流I0與I1；圖5是一特性曲線圖，表示恒流I1與截止頻率(fc)之間的關(guān)系；
圖6是一框圖，表示與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的有源濾波電路的一個(gè)較佳實(shí)施例；圖7是一系統(tǒng)框圖，表示應(yīng)用與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的有源濾波器的一個(gè)硬盤；圖8是表示根據(jù)本發(fā)明用于硬盤系統(tǒng)的磁盤記錄模式；圖9是一框圖，表示一參考電流源選擇器電路RCSS CKT2；圖10為一電路圖，表示參考電流源(RCSG2，RCSG3)，多路復(fù)用器(MPX2，MPX3)和有源濾波器之間的連接；圖11為表示數(shù)據(jù)寫操作的時(shí)序圖；圖12是表示數(shù)據(jù)讀操作的時(shí)序圖；圖13是與本發(fā)明關(guān)聯(lián)的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件的塑料封裝的頂視圖。
以下將通過(guò)例子并參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
現(xiàn)參見圖7，對(duì)一個(gè)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100的盤讀出系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。
圖7的盤讀出系統(tǒng)是用于讀取存儲(chǔ)在提供信息記錄介質(zhì)的磁盤(DISK)上的數(shù)據(jù)的硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)。
該HDD包括用于從磁盤(或硬盤)讀取或向磁盤寫入數(shù)據(jù)的磁頭(MD)；用于將磁頭在磁盤上所需要的磁道上定位的磁頭致動(dòng)器(HA)；以及一個(gè)讀/寫放大器(R/W AMP)，用于放大從磁頭讀出的信號(hào)并將該放大了的信號(hào)送入根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件(或數(shù)據(jù)通道處理器)100。該磁盤安裝在主軸馬達(dá)(SP)的轉(zhuǎn)子上(RT)。當(dāng)數(shù)據(jù)從該磁盤中讀出或?qū)懭霑r(shí)，該主軸馬達(dá)在微計(jì)算機(jī)700控制下由主軸馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器(SPD)以恒定轉(zhuǎn)速(或恒定角速度)驅(qū)動(dòng)。該磁頭致動(dòng)器由受微計(jì)算機(jī)700控制的磁頭致動(dòng)器HAD控制將磁頭在磁盤上要被讀出的磁道上定位。微計(jì)算機(jī)700被從硬盤控制器HDC 702提供以同被讀出的磁盤上的磁道相關(guān)聯(lián)的磁道地址信息，微計(jì)算機(jī)是基于這種信息來(lái)控制磁頭致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器的。
由讀/寫放大器輸出的信號(hào)INX與INY提供給裝設(shè)在信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件(或數(shù)據(jù)通道處理器)中的自動(dòng)增益控制放大器AGC。自動(dòng)增益控制放大器的輸出信號(hào)提供給作為與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的壓控濾波器的有源濾波器10。該有源濾波器10從自動(dòng)增益控制放大器除去超過(guò)設(shè)定給有源濾波器10的截止頻率的不希望要的信號(hào)或噪聲。所得到的讀出信號(hào)被送到讀出脈沖產(chǎn)生器(RPG)。該讀出脈沖產(chǎn)生器的數(shù)字式輸出信號(hào)(OUT)由編碼器解碼器(ENDEC)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換以便通過(guò)硬盤控制器702與主機(jī)接口703提供給主機(jī)704。
如圖8中所示，上述硬盤存儲(chǔ)以多區(qū)記錄方式記錄的數(shù)據(jù)。在多區(qū)記錄中，在磁盤保持恒定轉(zhuǎn)速(或角速度)情況下，要使得磁盤的外周邊上的磁道的頻率相對(duì)高于內(nèi)周邊磁道的頻率。這樣，使得在最里面的磁道(B)與最外面的磁道之間磁盤上的磁道的記錄密度都是相等的。同時(shí)，從最靠里面的磁道到最外面的磁道，磁盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的速率是逐漸加快的。
這樣，在讀出操作從內(nèi)磁道向外磁道進(jìn)行時(shí)，從自動(dòng)增益控制放大器進(jìn)入有源濾波器10的讀出信號(hào)的頻率逐漸增高。由于這個(gè)原因，有源濾波器10的截止頻率由寄存器與控制邏輯(RCL)對(duì)應(yīng)于被讀出磁道的磁道地址而設(shè)定。該截止頻率由微計(jì)算機(jī)700控制。微計(jì)算機(jī)700判定由硬盤控制器HDC 702所提供的讀出磁道的磁道地址以便把用于從該讀出磁道讀取數(shù)據(jù)所必須截止頻率的所希望的數(shù)值寫入到裝設(shè)在寄存器和控制邏輯中的圖1中的截止頻率設(shè)定寄存器22之中。當(dāng)所希望的數(shù)值被寫入時(shí)，有源濾波器10的截止頻率便被設(shè)定為從該讀出磁道讀取數(shù)據(jù)所必須的截止頻率。
參見圖7，寬箭頭線表示控制總線，寄存器和控制邏輯通過(guò)這總線進(jìn)行所希望的截止頻率的設(shè)定。應(yīng)注意，用于產(chǎn)生供寫入數(shù)據(jù)之間的編碼時(shí)鐘的同步器(SYNC)，用于產(chǎn)生供讀取數(shù)據(jù)用的解碼時(shí)鐘的合成器SYNT，用于伺服控制磁頭致動(dòng)器的伺服接口(SIF)，以及用于對(duì)寫入數(shù)據(jù)編碼和讀出數(shù)據(jù)解碼的編碼器/解碼器都包含在該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件中；但對(duì)這些器件將不進(jìn)行說(shuō)明，因?yàn)樗鼈儾⒉皇桥c本發(fā)明相關(guān)的目標(biāo)。另外，在圖7中某些用于寫入數(shù)據(jù)的信號(hào)線路和控制線路被省略以方便表示。
參見圖1，其中示出了一個(gè)框圖，該框圖表示包括作為用到本發(fā)明的壓控濾波電路的有源濾波器10的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100的一個(gè)較佳實(shí)施例。圖中，該有源濾波器10在單晶硅之類的半導(dǎo)體基片(或半導(dǎo)體芯片)上通過(guò)人們熟知的半導(dǎo)體集成電路制定技術(shù)形成，圖中用單點(diǎn)劃線表示該器件。該圖中，信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100是用于諸如參見圖7所示的硬盤驅(qū)動(dòng)器等的盤讀取系統(tǒng)的(但不限于此)。應(yīng)注意，在單點(diǎn)劃線的圓圈表示該電路器件100的外部接線。信號(hào)輸入線INX與INY形成從圖7的讀/寫放大器R/W接收其輸出信號(hào)的外部接線。信號(hào)輸出線OUT形成用于接收來(lái)自圖7的讀脈沖產(chǎn)生器PRG的輸出信號(hào)的外部接線。外部接線Vcc與GND是分別為該電路器件100接供電源電勢(shì)和接地電勢(shì)的線端。應(yīng)注意，自動(dòng)增益控制放大器AGC和讀脈沖產(chǎn)生器PRG在圖1中未示出。
圖1的七階有源濾波器10接收來(lái)自信號(hào)輸入線INX與INY的輸入信號(hào)，對(duì)所接收的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，并向輸出線OUT輸出作為輸出信號(hào)的該已濾波的信號(hào)。
該七階有源濾波器由增益控制電流IG控制其增益，并由第一電流I0和第二電流I1控制其截止頻率(fc)。這些電流IG，I0與I1是分別由多路復(fù)用器MPX1，MPX2與MPX3對(duì)n個(gè)參考電流源組RC-SG1，RCSG2和RCSG3的電流進(jìn)行多路復(fù)用而設(shè)置的。該n個(gè)電流源組RCSG1，RCSG2與RCSG3的設(shè)置要使得只是有源濾波電路10的功耗最小化所必須的一個(gè)參考電流源流出參考電流。這是由參考電流源選擇邏輯電路(RCSS CKT1)11和(RCSS CKT2)12所控制的。該參考電流源選擇邏輯電路11與12，基于設(shè)定給增益控制寄存器(Gain Cont REG)21，fc設(shè)定寄存器(fc Setting REG)22和fc范圍寄存器(fc Range REG)23，形成用于分別控制多路復(fù)用器MPX1，MPX2和MPX3的選擇信號(hào)S0，S1與S2。用于未由參考電流選擇邏輯電路11與12選擇的參考電流源的操作電壓(Vcc)被關(guān)斷。
于是如圖1中所示，該信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100包含用于控制七階有源濾波器10的截止頻率的截止頻率控制電路13與用于控制濾波器10的增益的增益控制電路14。圖7的寄存器與控制邏輯RCL包括截止頻率控制電路13，增益控制電路14，增益控制寄存器21，fc設(shè)定寄存器22與fc范圍寄存器23。
諸如圖7的微計(jì)算機(jī)700的系統(tǒng)控制設(shè)備把用于七階有源濾波器10的截止頻率設(shè)定數(shù)據(jù)放入增益控制寄存器21，fc設(shè)定寄存器22，以及fc范圍寄存器23。但是，當(dāng)從硬盤控制器HDC向微計(jì)算機(jī)700提供磁盤上的磁道的磁道地址時(shí)，上述數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)地設(shè)定給fc設(shè)定寄存器22的。另一方面，例如當(dāng)硬盤HDD被供以電能而被置于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，微計(jì)算機(jī)700是基于硬盤的啟動(dòng)程序向增益控制寄存器21與fc范圍寄存器23設(shè)定數(shù)據(jù)的。
這些數(shù)據(jù)是通過(guò)數(shù)據(jù)設(shè)定電路30向增益控制寄存器21，fc設(shè)定寄存器22與fc范圍寄存器23設(shè)定的。數(shù)據(jù)設(shè)定電路30分別通過(guò)外部接線SDATA，SCLK與/RSENA接收串行數(shù)據(jù)，串行時(shí)鐘和寄存器選擇允許信號(hào)。數(shù)據(jù)設(shè)定電路30包括一移位寄存器31，一個(gè)方式控制電路(Mcont)32，一個(gè)寄存器選擇控制電路(RSCont)33，一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器(DIOREG)34，和一個(gè)時(shí)鐘控制電路35，用于基于寄存器選擇允許信號(hào)而控制串行時(shí)鐘信號(hào)SCK向移位寄存器31的提供。
方式控制電路32接收指示2位讀方式或2位寫方式的方式數(shù)據(jù)以便向增益控制寄存器21，fc設(shè)定寄存器22和fc范圍寄存器23通過(guò)信號(hào)線(控制總線)SL1提供方式控制信號(hào)。寄存器選擇控制電路33接收來(lái)自移位寄存器31的5位地址數(shù)據(jù)以便通過(guò)選擇信號(hào)線(地址選擇線路)SL2向增益控制寄存器21，fc設(shè)定寄存器22和fc范圍寄存器23之一提供選擇控制信號(hào)。數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器34當(dāng)方式數(shù)據(jù)指示寫方式時(shí)從移位寄存器31接收8位數(shù)據(jù)，將此8位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)線(數(shù)據(jù)總線)SL3提供給由寄存器選擇控制電路33所選擇的寄存器。另一方面，當(dāng)方式數(shù)據(jù)指示讀方式時(shí)，數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器34經(jīng)數(shù)據(jù)信號(hào)線SL3從由寄存器選擇電路33所選擇的寄存器接收8位數(shù)據(jù)并將此8位數(shù)據(jù)傳送給該移位寄存器31。圖11與12是時(shí)序圖，表示同增益控制寄存器21，fc設(shè)定寄存器22與fc范圍寄存器23所進(jìn)行的數(shù)據(jù)讀/寫操作的時(shí)序。從圖中可見，當(dāng)寄存器選擇允許信號(hào)為低電位時(shí)，時(shí)鐘控制電路35被激活。因?yàn)閳D11與12易于理解，故對(duì)其詳細(xì)的說(shuō)明從略。于是通過(guò)串行傳輸?shù)姆椒〝?shù)據(jù)被設(shè)置給寄存器21，22與23，從而減少了用于設(shè)置所需的外部接線數(shù)目。
本實(shí)施例的七階有源濾波器10中，由使用該七階有源濾波器10的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100所需要的截止頻率范圍是由寫入到fc范圍寄存器13的數(shù)據(jù)(第一數(shù)據(jù))所決定的，目的是為了在寬的范圍內(nèi)以相對(duì)低的功耗設(shè)定給定的截止頻率。該截止頻率范圍被劃分為多個(gè)頻率設(shè)定范圍分區(qū)以便獲得所希望的低功耗。當(dāng)通過(guò)磁頭讀取磁盤上所需的磁道上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，圖7的微計(jì)算機(jī)700從硬盤控制器702接收與被讀的磁道的磁道地址相關(guān)的地址數(shù)據(jù)，基于所接收的該地址數(shù)據(jù)把同從磁道讀取數(shù)據(jù)所需的截止頻率相關(guān)聯(lián)的截止頻率數(shù)據(jù)(第二數(shù)據(jù))寫入到fc設(shè)定寄存器22?；趯懭氲絝c設(shè)定寄存器22的數(shù)據(jù)，參考電流源選擇電路RCSS CKT2指定一特定的截止頻率以便根據(jù)包含該特定截止頻率的頻率分區(qū)決定上述可變電流I0并根據(jù)可變電流I0決定上述可變電流11。
上述七階有源濾波器10包括二階低通濾波器LPF1，二階高通濾波器HPF1，增壓放大器—K，二階低通濾波器LPF2，二階低通濾波器LPF3，一階低通濾波器LPF4，一階高通濾波器HPF2，這些將參見圖6進(jìn)行說(shuō)明。
參見圖2，其中示出了作為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)過(guò)的一個(gè)較佳實(shí)施例的上述低通濾波器LPF2的一個(gè)框圖。該低通濾波器LPF2由一個(gè)二階四次電路(Second—order biquad circuit)構(gòu)成。輸入信號(hào)ViX與ViY提供給差動(dòng)放大器(Gm1)1，該放大器的互導(dǎo)gm1與裝在其輸出端的電容器C1構(gòu)成了一個(gè)一階低通濾波器。該低通濾波器的輸出信號(hào)提供給另一個(gè)電互導(dǎo)gm2組成的低通濾波器，該低通濾波器由差動(dòng)放大器(GM2)和電容器2組成，整個(gè)形成二階低通濾波器。差動(dòng)放大器2的輸出信號(hào)由差動(dòng)放大器(GM3)3與差動(dòng)放大器(GM4)4反饋而形成輸出信號(hào)VoutX與VoutY。
參見圖3，其中示出了構(gòu)成作為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例實(shí)驗(yàn)過(guò)的上述互導(dǎo)gm的差動(dòng)放大器的電路框圖。輸入信號(hào)VinA與VinY分別提供給npn型輸入雙極晶體管Q1與Q2的基極。用于設(shè)定輸入動(dòng)態(tài)范圍的可變電流源10分別加到晶體管Q1，Q2的發(fā)射極與電路接地電勢(shì)(0伏)之間。發(fā)射極電阻器Re裝在晶體管Q1與Q2的發(fā)射極之間。晶體管Q1與Q2的集電極分別連接到二極管D1與D2的負(fù)極，這兩個(gè)二極管用作為單向器件。二極管D1與D2的正極連到一起而通過(guò)負(fù)載電阻R1接到電路(例如5伏特)的電壓Vcc。
晶體管Q1與Q2的集電極輸出信號(hào)提供給一對(duì)npn型差動(dòng)耦合的雙極晶體管Q3與Q4的基極。用于控制該互導(dǎo)的可變電流源11加在差動(dòng)晶體管Q3與Q4的公共發(fā)射極與電路接地電勢(shì)GND之間。電流為加在上述公共發(fā)射極上的可變電流源I1的1/2的電流負(fù)載I2接在差動(dòng)晶體管Q3與Q4的每一集電極上。電流源負(fù)載I2和可變電流源I1的關(guān)系為I2＝I1/2。輸出電流IoutX與IoutY從差動(dòng)晶體管Q3與Q4的集電極被輸出。在構(gòu)成上述的一階低通濾波器時(shí)，輸出電流IoutX與IoutY加到圖2的電容器(C1或C2)是作為充/放電電流。
上述差動(dòng)放大器的互導(dǎo)gm由以下方程式得到gm＝dIout/dVin＝(1/Re)×(I1/I0) …(1)在給定放大器Gm1到Gm4的互導(dǎo)gm為常數(shù)時(shí)，圖2的二階低通濾波器的傳遞函數(shù)表示為H(S)＝dVout/dVin＝(gm/c1 c2)/[S＋Sgm/c2＋gm/c1 c2]…(2)另一方面，該二階低通濾波器總的表達(dá)式由以下方程式3給出H(S)＝ω/[S＋Sω/Q＋ω] …(3)由方程式(2)和(3)，ω＝gm/(C1C2)以及Q＝(C2/C1)。由ω/2π，截止頻率fc表示為以下方程式(4)fc＝[1/2π(C1C2)]×(1/Re)×(I1/I0) …(4)通常，七階有源濾波器按以下方式之一構(gòu)成電流I0固定，電流I1可變而電容器C1與C2固定，以及或者是，電流I0與I1固定而電容器C1與C2可變。當(dāng)由硬盤HDD的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100所處理的信號(hào)頻率擴(kuò)展到很寬的范圍，或當(dāng)記錄信號(hào)的頻率隨被選磁盤磁道的地址而變化很大時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流I1要在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化。即在電容器C1與C2為可變的方式下，需要形成相當(dāng)大范圍上精確的電容量，這使得這種方式十分困難，因而基于這種方式制造該器件是不現(xiàn)實(shí)的。
要想通過(guò)電流I1在相當(dāng)寬的范圍，例如9倍于3MHz的高達(dá)27MHz設(shè)定截止頻率fc，則需要流過(guò)在3MHz時(shí)電流I1的9倍之高的電流，結(jié)果是顯著增加了功耗。
由于功耗和所生的熱量，傳統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)最多能把截止頻率設(shè)置到3至5倍于最低截止頻率fcmin這樣高的水平，這是應(yīng)用上述差動(dòng)放大器互導(dǎo)的有源濾波器中所能設(shè)置的。因而，信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100需要對(duì)每一所用的并涉及相當(dāng)大功耗的系統(tǒng)代替濾波器部件。
本實(shí)施例裝有如圖1所示的fc設(shè)定寄存器22和fc范圍寄存器23。fc范圍寄存器以8位為基礎(chǔ)，其中4位指定給設(shè)定最低截止頻率fcmin，另4位指定給設(shè)定最高截止頻率fcmax。fc設(shè)定寄存器22也基于8位。
以下表1列出了寄存器映射，用于說(shuō)明最小截止頻率fcmin設(shè)定為3MHg到18MHz的范圍，最大截止頻率fcmax設(shè)定為12MHz到27MHz。微計(jì)算機(jī)700(圖7)作為外部系統(tǒng)控制器選擇fcmin值與fcmax值的每一組合。對(duì)于上述fc范圍寄存器23的寄存器映射，構(gòu)成如以下表2中所示的fc設(shè)定寄存器22(由8位組成)。由表2可見，對(duì)于數(shù)值ooHex到FFHex(Hex表示十六進(jìn)制表示法)，截止頻率fc被設(shè)定為從fcmin值到fcmax值的范圍，分辨率定為(fcmax—fcmin)/255。
表1fcmin 設(shè)定fcmax設(shè)定a3 a2 a1 a0 fcmin 值 b3 b2 b1 b0 fcmax 值0 0 0 0 3 MHz0 0 0 0 12 MHz0 0 0 1 4 MHz0 0 0 1 13 MHz0 0 1 0 5 MHz0 0 1 0 14 MHz::::1 1 1 1 18 MHz 1 1 1 1 27 MHz表2fc設(shè)定寄存器c7 c6 c5 c4 c3 c2 c1 c0fc設(shè)定0 0 0 0 0 0 0 0 fcmin值0 0 0 0 0 0 0 1 fcmin＋1(fcmax-fcmin)/2550 0 0 0 0 0 1 0 fcmin＋2(fcmax-fcmin)/2550 0 0 0 0 0 1 1 fcmin＋3(fcmax-fcmin)/255: :1 1 1 1 1 1 1 1 fcmax值提供了上述的fc范圍寄存器23。由于有16種可能的選擇，當(dāng)fc范圍寄存器用于上述硬盤HDD中的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件100時(shí)，可提供足夠的自由度可供按硬盤規(guī)格所使用。應(yīng)注意，增加構(gòu)成fc范圍寄存器23和fc設(shè)定寄存器22的位數(shù)會(huì)擴(kuò)大上述設(shè)定范圍并形成較細(xì)的分辨率。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向功耗問(wèn)題，由方程(4)可見，當(dāng)電流10為一定大小時(shí)，fc按照電流I1作線性變化。即與fc＝3MHz的電流I1相比，fc＝27MHg的電流I1高達(dá)9倍。對(duì)于電流I0與I1的最小電流水平，如果應(yīng)用雙極晶體管型或MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)型，對(duì)于電路的穩(wěn)定運(yùn)行需要大約幾十μA的電流。為保證截止頻率fc在相當(dāng)寬的范圍的線性，則需要額外的幾十μA電流。結(jié)果是整個(gè)七階濾波電路需要幾十mA的電流。
本實(shí)施例中，例如象圖5的特性圖示所表示的那樣，截止頻率的設(shè)定范圍被劃分為3MHz到9MHz與9MHz到27MHz兩組。用于形成3MHz到9MHz這一組3倍之高的范圍中的電流I0的參考電流源表示為Irefo。在9MHz到27MHz這一組的3倍范圍中，參數(shù)電流源減少到Irefo/3。這種情況下，由于設(shè)定范圍僅約為每一組的約三倍之高，故參考電流源Irefo僅達(dá)約幾十μA，因而使得電流I0較小。而且可變電流I1也僅為fc＝3MHz的水平的約3倍之高，從而大大減少了整個(gè)功耗。因而本實(shí)施例可采用如現(xiàn)在的普通的有源濾波器構(gòu)成。
參見圖4，其中示出了表示用于形成上述電流I0與I1的作為本發(fā)明的一個(gè)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的較佳實(shí)施例的參考電流源電路RCSG2與RCSG3。在這實(shí)施例中，參考電流源i0與i1的每一個(gè)都是由多個(gè)電流源選擇地組成，這些參考電流源通過(guò)由控制信號(hào)S1與S2所控制的開關(guān)器件SW提供操作電壓Vcc，信號(hào)S1與S2是通過(guò)由上述參考電流源選擇邏輯(RSCC CKT2)12對(duì)fc范圍寄存器23與fc設(shè)定寄存器22的設(shè)定值進(jìn)行解碼而形成的。這種結(jié)構(gòu)可以使得只有必要的最少數(shù)目的參考電流源進(jìn)入操作狀態(tài)，從而也減少了參考電流源電路RCSG2與RCSG3的功耗。圖4的實(shí)施電路相應(yīng)于參考電流源電路RCSG2與RCSG3，參考電流源選擇邏輯RSCC CKT12，與圖1的多路復(fù)用器MPX2與MPX3。
由參考電流源選擇邏輯電路RSCC CKT2置入運(yùn)行狀態(tài)的參考電流i0與i1由多路復(fù)用器MPX2與MPX3進(jìn)行多路復(fù)用而提供給圖3的差動(dòng)放大器作為設(shè)定差動(dòng)放大器的互導(dǎo)gm的可變電流I0與I1。多路復(fù)用器MPX2與MPX3由控制邏輯RSCC CKT2控制以便進(jìn)行圖1的fc設(shè)定。
就圖4的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，提供了對(duì)于可變電流I0的多個(gè)參考電流源i0以及對(duì)于電流I1的多個(gè)參考電流源i1，并且這些電流源的組合可進(jìn)行電流值設(shè)定的改變，從而增加了電流設(shè)定的自由度。結(jié)果是減少了功耗而同時(shí)保證了高性能(高的線性)。
參見圖9，其中示出作為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例而實(shí)驗(yàn)過(guò)的上述參考電流源選擇邏輯電路RSCC CKT2的電路框圖。邏輯電路RSCC CKT2分別從fc范圍寄存器(fc范圍REG)23的fcmin寄存器部分231與fcmax寄存器部分232接收信號(hào)Dmin與Dmax。RSCCCKT2包括一個(gè)選擇邏輯電路(SEL LOG)121，用于產(chǎn)生基本選擇信號(hào)SR以便從參考電流源電路RCSG2與RCSG3以及比較和選擇邏輯電路122選擇出用于目標(biāo)系統(tǒng)所需要的電流I0與I1的組合，選擇電路122接收來(lái)自選擇邏輯電路121的基本選擇信號(hào)SR以及來(lái)自fc設(shè)定寄存器22的數(shù)據(jù)信號(hào)CD并比較這些信號(hào)以便基于比較的結(jié)果通過(guò)選擇邏輯電路121從所選擇的組合中選擇出一個(gè)最優(yōu)組合。比較和選擇邏輯電路122如圖10所示分別把多個(gè)選擇信號(hào)S11到S14以及S21到S24提供給多路復(fù)用器MPX2的開關(guān)器件SW1到SW4以及多路復(fù)用器MPX3的開關(guān)器件SW5到SW8。開關(guān)器件SW1到SW4連接在每一個(gè)都由pnp型雙極晶體管構(gòu)成的參考電流源晶體管Qi01到Qi04的發(fā)射極與電源電勢(shì)線路之間，該電路的電源電勢(shì)是通過(guò)這些線路提供的。參考電流源晶體管Qi01到Qi04的集電極共同接到npn型雙極晶體管Q100電流鏡的集電極，該電流鏡與構(gòu)成圖3的上述互導(dǎo)gm的差動(dòng)放大器的可變電流源I0(npn雙極晶體管QI01與QI02耦合。參考電流源晶體管Qio1到Qio4的基極與構(gòu)成第一恒流源電路CS1的晶體管Q101與Q102耦合。如圖10中所示晶體管Q101是與參考電流源晶體管Qi01到Qi04耦合的電流鏡。
類似地，開關(guān)器件SW5到SW8連接在每一都由一pnp型雙極晶體管構(gòu)成的參考電流源晶體管Qi11到Qi14與電源電勢(shì)線路之間，該電路的電源電勢(shì)Vcc是通過(guò)此線路供給的。參考電流源晶體管Qi11到Qi14的集電極共同接到npn型雙極晶體管Q110電流鏡的集電極上，該電流鏡與構(gòu)成圖3的互導(dǎo)gm的差動(dòng)放大器的可變電流源I1(npn型雙極晶體管QI11)耦合。參考電流源晶體管Qi11到Qi14的基極耦合到構(gòu)成第二恒流源電路CS2的晶體管Q111與Q112。如圖10所示晶體管Q111是與參考電流源晶體管Qi11到Qi14耦合的電流鏡，這種配置對(duì)于可變電流I0形成了多個(gè)參考電流源i0并對(duì)于可變電流I1形成了多個(gè)參考電流源i1，這些電流源的組合使得可設(shè)置各種電流值，從而增加了電流設(shè)置的自由度。應(yīng)注意，圖10中每個(gè)電流源電路有四個(gè)參考電流源；但參考電流源的數(shù)目并不以此為限。
參見圖6，其中示出了作為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例實(shí)驗(yàn)過(guò)的上述七階有源濾波器的一個(gè)框圖。核心的有源濾波器包括一個(gè)二階低通濾波器LPF1，一個(gè)二階高通濾波器HPF1，一個(gè)增壓放大器—K，一個(gè)綜合器∑，另一個(gè)二階低通濾波器LPF2，又一個(gè)二階低通濾波器LPF3，一個(gè)一階高通濾波器HPF2和一個(gè)一階低通濾波器LPF4。為了控制該核心有源濾波器，提供了增益控制寄存器21，fc范圍寄存器23，fc設(shè)定寄存器22以及用于解釋這些寄存器的數(shù)值以便設(shè)定電流I0與I1的fc控制電路13。
增益控制寄存器21的值提供給增益控制電路14，該電路包括多個(gè)參考電流源PCSG1，控制邏輯RCSS CKT1，以及多路復(fù)用器MPX1。增益控制電流IG提供給增壓放大器—K使得根據(jù)增益控制寄存器21的值可得到一個(gè)最優(yōu)增益。在如此構(gòu)造的七階有源濾波器10中，濾波器差動(dòng)輸出Vo’X與Vo’Y是從末級(jí)一階高通濾波器HPF2輸出的，而濾波器輸出信號(hào)VoX與VoY是從末極一階低通濾波器LPF4輸出的。
以上各實(shí)施例提供了以下的功能和效果(1)一種壓控濾波電路，它包括一個(gè)可變電導(dǎo)電路，該電路具有；一對(duì)輸入晶體管，在其基極供以輸入電壓信號(hào)并在其每一發(fā)射極供以第一可變電流源；通過(guò)單向器件共同耦合到這對(duì)輸入晶體管集電極的負(fù)載裝置；一對(duì)差動(dòng)晶體管，在它們的基極分別供以輸入晶體管對(duì)的集電極的輸出；第二可變電流源，該電流源耦合到該差動(dòng)晶體管對(duì)的公共發(fā)射極；以及電流源負(fù)載，分別耦合到差動(dòng)晶體管對(duì)的集電極，使得第二可變電流源的電流值的一半流過(guò)；其中第一電流源的電流值在預(yù)定頻率范圍變高時(shí)被切換為較小值。其結(jié)果是通過(guò)控制差動(dòng)晶本管的互導(dǎo)，與截止頻率連同待設(shè)定的可變電流被設(shè)定的范圍可以設(shè)定得相當(dāng)小，從而能夠以低功耗設(shè)定一個(gè)寬范圍的截止頻率。
(2)上述第一可變電流源與第二可變電流源的每一個(gè)通過(guò)由一個(gè)多路復(fù)用器對(duì)多個(gè)參考電流源進(jìn)行多路復(fù)用即可得到所需的電流值。其結(jié)果是用于設(shè)定截止頻率的寄存器值可被一個(gè)邏輯電路解碼，由此簡(jiǎn)化了預(yù)定優(yōu)化值的設(shè)定。
(3)上述有源濾波電路的截止頻率范圍借助用于截止頻率設(shè)定范圍的寄存器值可被設(shè)定為多個(gè)。第一與第二可變電流源的電流值可在一個(gè)預(yù)設(shè)頻率范圍中設(shè)定在多個(gè)分區(qū)之中。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于可以相當(dāng)?shù)偷墓脑趯?shí)際上很寬的變化范圍內(nèi)進(jìn)行截止頻率的設(shè)定。
(4)在按磁頭與磁道之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的上升而增加記錄信號(hào)的頻率的硬盤存儲(chǔ)器裝置中所應(yīng)用的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件(或讀通道電路)中，由于頻率是由信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件處理的，應(yīng)用上述有源濾波器可提供一種高度通用的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件，因而提高了批量生產(chǎn)能力并減少了外部附加部件的數(shù)量，其結(jié)果是顯著節(jié)省了成本。
(5)上述新型配置由于減少了功耗可使得包含根據(jù)本發(fā)明的有源濾波器的信號(hào)處理半導(dǎo)體電路器件以塑料(或樹脂)封裝，從而顯著降低了這種集成電路自身的成本。
雖然本發(fā)明的較佳實(shí)施例已使用特定的措辭進(jìn)行了說(shuō)明，這種說(shuō)明僅是為了解釋說(shuō)明之目的，應(yīng)當(dāng)明白的是，在不背離所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下可做出各種改變和修改。例如，如果設(shè)定范圍fcmax最多為設(shè)定范圍fcmin的3倍之高，則就沒有必要提供這些分離的設(shè)定范圍；而是僅需改變可變電流I1即可設(shè)定截止頻率。反之，若設(shè)定范圍擴(kuò)展得很寬，則可能要提供三個(gè)或更多的設(shè)定范圍而不是上述的兩個(gè)，以此來(lái)限制可變電流I1的變化為相對(duì)小的一個(gè)水平。于是可按所需的任意組合來(lái)設(shè)定多個(gè)設(shè)定范圍(fcmin到fcmax)的提供方式及其數(shù)目。
構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的有源濾波器的差動(dòng)放大器可按照基于圖3的差動(dòng)放大器的各種變形的方式實(shí)施。例如，除了上述的多路復(fù)用方法以外，可借助于數(shù)/模轉(zhuǎn)換設(shè)定電流值而提供可變電流。
本發(fā)明可廣泛作為用于通過(guò)應(yīng)用差動(dòng)放大器的互導(dǎo)而設(shè)定寬范圍的截止頻率的有源濾波器而使用。
本發(fā)明的諸優(yōu)點(diǎn)中包括了以下各方面一種壓控濾波電路，它包括一個(gè)可變電導(dǎo)電路，該電路具有一對(duì)輸入晶體管，在其基極供以輸入電壓信號(hào)并在其每一發(fā)射極供以第一可變電流源；與該輸入晶體管對(duì)在其集電極通過(guò)單向器件共同耦合的負(fù)載裝置；一對(duì)差動(dòng)晶體管，在其基極分別供以輸入晶體管對(duì)的集電極的輸出；與差動(dòng)晶體管對(duì)的公共發(fā)射極耦合的第二可變電流源；以及一個(gè)電流源負(fù)載，該負(fù)載分別與差動(dòng)晶體管對(duì)的集電極耦合使得第二可變電流源的電流值的一半流過(guò)；其中第一電流源的電流值在預(yù)定頻率范圍變得較高時(shí)則被切換變得較小。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)對(duì)差動(dòng)晶體管互導(dǎo)的控制，可把待設(shè)定的可變電流連同截止頻率被設(shè)定在其中的設(shè)定范圍作得相當(dāng)小，從而能以低功耗設(shè)定寬范圍的截止頻率。
通過(guò)多路復(fù)用器對(duì)多個(gè)參考恒流源進(jìn)行多路復(fù)用，上述第一和第二可變電流源獲得所需電流值。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于，用于設(shè)定截止頻率的寄存器值可由一邏輯電路解碼，從而簡(jiǎn)化了預(yù)定的優(yōu)化值的設(shè)定。
借助于用于截止頻率設(shè)定范圍的寄存器值，上述有源濾波電路的截止頻率范圍可被設(shè)定為多個(gè)。第一與第二可變電流源的電流值可設(shè)定在預(yù)設(shè)頻率范圍中多個(gè)分區(qū)之中。這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于，能以相對(duì)低的功耗進(jìn)行實(shí)際上相當(dāng)寬的截止頻率變化范圍的設(shè)定。
在按磁頭與磁道之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速上升而增加記錄信號(hào)頻率的硬盤存儲(chǔ)器裝置中所使用的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件(或讀通道電路)中，由于頻率由信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件處理，應(yīng)用上述有源濾波器提供了高通用性的信號(hào)處理半導(dǎo)體集成電路器件。這種配置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提高了批量生產(chǎn)能力并減少了外部附加部件的數(shù)目，從而顯著節(jié)約了成本費(fèi)用。
上述新型的配置由于降低了功耗，使得包含基于本發(fā)明的有源濾波器的信號(hào)處理半導(dǎo)體電路器件可以用塑料(或樹脂)封裝。這種配置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是顯著降低了該集成電路器件本身的造價(jià)。參見圖13，其中示出了圖1的一部分外部接線。
權(quán)利要求
1.一種壓控濾波電路，它包括一個(gè)可變電導(dǎo)電路；其具有一對(duì)輸入晶體管，在其基極供以輸入電壓信號(hào)，而在其每一發(fā)射集供以第一可變電流源；負(fù)載裝置與上述輸入晶體管對(duì)在其集電極通過(guò)單向器件共同耦合；一對(duì)差動(dòng)晶體管對(duì)，在其基極分別供以上述輸入晶體管對(duì)的集電極的輸出；一個(gè)第二可變電流源，耦合到上述差動(dòng)晶體管對(duì)的公共發(fā)射極；以及一個(gè)電流源負(fù)載，分別耦合到上述差動(dòng)晶體管對(duì)的集電極而使得上述第二可變電流源的電流值的一半流過(guò)；上述可變電導(dǎo)電路與一電容器相連；其中上述第一電流源的電流值在預(yù)定的頻率范圍變得較高時(shí)被切換而變得較小。
2.如權(quán)利要求1所述的壓控濾波電路，其中通過(guò)一多路復(fù)用器對(duì)多個(gè)參考電流源進(jìn)行多路復(fù)用，上述第一可變電流源與上述第二可變電流源每一個(gè)都獲得了所需的電流值。
3.如權(quán)利要求2所述的壓控濾波電路，其中通過(guò)截止頻率范圍寄存器值上述的壓控濾波電路的截止頻率范圍可被設(shè)定為多個(gè)并因而可被分區(qū)，在被分區(qū)的頻率范圍按照截止頻率設(shè)定寄存器的值而變得較高時(shí)，則上述第一可變電流源的電流值被切換而變得較小，并且上述第二可變電流源的電流值也如此被設(shè)定。
4.如權(quán)利要求3所述的壓控濾波電路，其中上述截止頻率范圍寄存器值與上述截止頻率設(shè)定寄存器值由一邏輯電路解碼以便提供一控制信號(hào)用于控制多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器對(duì)上述第一可變電流源和上述第二可變電流源進(jìn)行多路復(fù)用而形成其電流值。
5.如權(quán)利要求4所述的壓控濾波電路，其中上述壓控濾波電路用于一硬盤存儲(chǔ)器裝置，該裝置中在磁頭與磁道之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，記錄信號(hào)的頻率被提升，上述壓控濾波電路處理上述記錄信號(hào)。
6.用于信號(hào)處理的半導(dǎo)體集成電路器件，它包括一個(gè)第一外接線，供以其頻率從預(yù)定的第一值變化到預(yù)定的第二值的輸入信號(hào)；一個(gè)壓控濾波電路，該電路被連接到上述第一外接線，上述壓控濾波電路包括一個(gè)第一電流源和一個(gè)第二電流源，該第一與第二電流源的電流值是可變的，上述壓控濾波電路的截止頻率是基于上述第一電流源與上述第二電流源的電流值的比率而變化的；一個(gè)第二外部接線，被供以上述壓控濾波電路的輸出信號(hào)；以及連接到上述壓控濾波電路的一個(gè)控制電路，該控制電路用于控制上述第一電流源的電流值對(duì)上述第二電流源的電流值的比率；其中當(dāng)上述輸入信號(hào)頻率變得相對(duì)較高時(shí)則上述控制電路使得上述第一電流源的電流值高得相對(duì)較小。
7.如權(quán)利要求6所述的用于信號(hào)處理的半導(dǎo)體集成電路器件，其中上述控制電路包括一個(gè)第一寄存器用于存儲(chǔ)與上述輸入信號(hào)頻率可變化范圍相關(guān)聯(lián)的第一數(shù)據(jù)，以及一個(gè)第二寄存器用于存儲(chǔ)規(guī)定上述壓控濾波電路截止頻率的第二數(shù)據(jù)，上述控制電路設(shè)定上述第一電流源電流值對(duì)上述第二電流源電流值的比率。
8.如權(quán)利要求7所述的用于信號(hào)處理的半導(dǎo)體集成電路器件，其中用于信號(hào)處理的上術(shù)半導(dǎo)體集成電路器件是用樹脂封裝的。
9.一種信號(hào)讀取系統(tǒng)，它包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一個(gè)磁盤，在該磁盤上從該磁盤的內(nèi)周圈磁道到該磁盤的外周圈磁道數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的密度是均勻的；一個(gè)馬達(dá)，用于以預(yù)定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)上述磁盤；一個(gè)磁頭，用于讀取上述磁盤上所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；一個(gè)致動(dòng)器，用于把上述磁頭定位到上述磁盤上預(yù)定的磁道上；一個(gè)半導(dǎo)體集成電路器件，用于接收來(lái)自上述磁頭讀取的信號(hào)以便對(duì)所接收的信號(hào)執(zhí)行預(yù)定信號(hào)處理；以及一個(gè)微計(jì)算機(jī)，用于控制上述致動(dòng)器和上述半導(dǎo)體集成電路器件；上述半導(dǎo)體集成電路器件包括；一個(gè)壓控濾波電路，該電路包括一個(gè)第一電流源和一個(gè)第二電流源，它們的電流值是可變的，上述壓控濾波電路的截止頻率隨上述第一電流源的電流值對(duì)第二電流源的電流值的比率而變化，上述壓控濾波電路接收上述讀取的信號(hào)，并從上述讀取的信號(hào)中除去超過(guò)上述截止頻率的信號(hào)成份；以及一個(gè)控制電路，該電路連接到上述壓控濾波電路以控制上述第一電流源電流值對(duì)第二電流源電流值的比率；當(dāng)上述讀取的信號(hào)頻變得相對(duì)較高時(shí)，上述控制電路使得上述第一電流源的電流值逐步變得相對(duì)地較小。
10.如權(quán)利要求9所述的信號(hào)讀取系統(tǒng)，其中上述控制電路包括一個(gè)第一寄存器，用于存儲(chǔ)與上述所讀取的信號(hào)的頻率的可變范圍相關(guān)聯(lián)的第一數(shù)據(jù)以及一個(gè)第二寄存器，用于存儲(chǔ)規(guī)定上述壓控濾波電路截止頻率的第二數(shù)據(jù)，上述控制電路根據(jù)上述第一數(shù)據(jù)與上述第二數(shù)據(jù)設(shè)定上述第一電流源的電流值對(duì)上述第二電流源的電流值的比率。
11.如權(quán)利要求10所述的信號(hào)讀取系統(tǒng)，其中上述第一寄存器與上述第二寄存器分別由上述微計(jì)算機(jī)寫入上述第一數(shù)據(jù)與上述第二數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求11所述的信號(hào)讀取系統(tǒng)，其中當(dāng)上述信號(hào)讀取系統(tǒng)被致動(dòng)時(shí)上述第一數(shù)據(jù)被寫入到上述第一寄存器，并且上述微計(jì)算機(jī)把上述第二數(shù)據(jù)根據(jù)上述磁盤上要被讀取的磁道的磁道地址寫入到上述第二寄存器中。
全文摘要
一種壓控濾波電路，包括一個(gè)可變電導(dǎo)電路；一對(duì)輸入晶體管，其基極供以輸入電壓信號(hào)而在其每一發(fā)射極供以第一可變電流源；共用負(fù)載裝置通過(guò)單向器件耦合到輸入晶體管對(duì)的集電極；一對(duì)差動(dòng)晶體管，在其基極供以輸入晶體管對(duì)的集電極輸出；第二可變電流源耦合到差動(dòng)晶體管對(duì)的公共發(fā)射極；以及電流源負(fù)載耦合到差動(dòng)晶體管對(duì)的集電極使得第二可變電流電流源的電流值的一半流過(guò)，其中第一電流源的電流值在預(yù)定頻率范圍變高時(shí)被切換而變小。
文檔編號(hào)H03H11/04GK1117219SQ9510538
公開日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1995年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月12日
發(fā)明者大崎勝美, 奈良孝, 渡邊壽 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 阿基塔電子株式會(huì)社