CN100533971C - 用于滤波射频信号的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于滤波射频信号的电路和方法，包括：输入端(3)、滤波器装置(5)、具有第一(7a)和第二(7b)输入端以及输出端(7c)的有源AC分路(7)，其中该有源AC分路(7)的第一输入端(7a)连接到输入端(3)。该滤波器装置(5)连接在输入端(3)和有源AC分路(7)的第二输入端(7b)之间，且用于衰减输入到有源AC分路(7)的第二输入端(7b)的该特定频率的射频信号。该有源AC分路(7)用于将该射频信号中包含的除了特定频率之外其它频率的信号分流到地(G)，并用于将滤波的射频信号输出到其输出端(7c)。本发明的滤波器可准确、精确、直接地设计和实施，且成本低，并减轻对信号源的要求。

Description

用于滤波射频信号的电路和方法
技术领域
本发明通常涉及射频(RF)信号滤波器。
背景技术
在远程通信装置中使用各种有源和无源RF及微波滤波器以舍弃带外信号，在输送信号之前从信号中滤波掉不需要的谐波和寄生分量，并用于实现该远程通信装置内的各种其它功能。
具体地，分组切换移动(GSM)收发器的发射机输出中可能需要GSM滤波器，数字蜂窝系统(DCS)收发器的发射机输出中可能需要DCS滤波器。双模远程通信收发器中通常都需要这两种滤波器。在无线局域网(WLAN)和无线个人区域网络(WPAN)装置(例如蓝牙和802.11装置)中还需要类似的滤波器，例如用于衰减信号源的二次谐波。上述滤波器占据了收发器中大量的电路板区域和封装体积。
发明内容
小尺寸和轻重量对于减小远程通信收发器的尺寸是至关重要的，发展的趋势是朝着装置尺寸越来越小的方向。因此，理想地应减小远程通信收发器中所需要的滤波器的尺寸，且理想地还应提供诸如用于WLAN和蓝牙用途的窄带应用中的这种尺寸减小。
在一些示例中，向该滤波器分配了具有高度线性的信号源，而不是提供该信号源，使得信号质量，即，二次谐波的衰减足够良好而没有任何类型的滤波。然而，这种解决方案对该信号源提出了非常高的要求：该信号源将变得更加复杂和昂贵和/或需要更高的功耗。因此，理想地需提供简单且有效的滤波器以减轻对信号源的要求。
本发明的再一个目标是提供一种滤波器，该滤波器可准确、精确、直接地设计和实施，且成本低。
本发明的又一个目标是提供借助于可完成上述目标的滤波器对射频信号进行滤波的方法。
通过权利要求书限定的电路和方法实现上述目标。
一种用于滤波射频信号的电路，根据本发明，该电路包括输入端、滤波器装置、有源AC分路以及输出端。所述滤波器装置包括陷波滤波器、带通滤波器和谐振电路中的至少一个。该输入端连接到该滤波器装置，并连接到该分路的第一输入端。该滤波器装置连接到该分路的第二输入端，并用于衰减或阻止被提供到该分路第二输入端的特定频率的射频信号。该分路用于将除了该射频信号中所包括的特定频率以外频率的信号(即，该特定频率的射频信号的二次谐波)分流到地，并用于在输出端输出被滤波的射频信号。
由此获得了一种滤波器电路，该滤波器电路非常有效且占据的空间小。4.9GHz的二次谐波可获得的衰减约为50dB。该小且简单的结构允许制造小的发射机和收发器。该滤波器电路更容易与功率放大器或单个芯片上的其它发射机或收发器电路集成。
该滤波器装置优选地包括一个或两个谐振电路：一个谐振电路用于阻止特定频率的射频信号到达该分路和/或一个谐振电路连接在该分路和地之间以允许特定频率的该射频信号被分流到地，而除了该特定频率之外的其它频率的信号被阻止并因此被导向到该分路。该每个谐振电路优选地为LC基电路。通过提供两个谐振器结构、一个陷波滤波器电路以及一个带通滤波器电路，在该输出端获得二次谐波的强烈衰减而一次谐波基本上未被衰减。
该分路，其在电压调节器中将AC噪声分流到地的领域中本身是已知的，优选地包括跨导或跨阻抗放大器和负载电阻器。该分路的第一输入端连接到该负载电阻器，而该分路的第二输入端连接到该跨导放大器。该跨导放大器和该负载电阻器在该输出端被互连。通过这种分路或电流吸收(current sink)，可有效地将二次谐波电流分流到地。
本发明的该滤波器电路主要但非排他性地用于诸如WLAN和蓝牙发射机的窄带用途中的发射机。
本发明的又一个目标是提供用于滤波射频信号的方法，所述方法包括下述步骤：
接收所述射频信号；
利用滤波器装置衰减特定频率处的射频信号，所述滤波器装置包括陷波滤波器、带通滤波器和谐振电路中的至少一个；
使用有源AC分路将所述射频信号包含的除了所述特定频率之外其它频率的信号分流到地；以及
输出被滤波的该射频信号。
通过在下文中给出的对本发明优选实施例的详细描述以及附图1至6，本发明的另外特征及其优点将变得明显，其中仅仅是通过说明的方式给出这些附图，因此这些附图不是限制本发明。
附图说明
图1至4说明了根据本发明不同实施例的用于滤波射频信号的各种电路。
图5a-d说明了图1的电路的示范性实施及其模拟结果。
图6a-c说明了图3的电路的示范性实施及其模拟结果。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明实施例的用于滤波射频信号的滤波器电路1。该滤波器电路1包括输入端3、滤波器装置5、以及具有第一输入端7a和第二输入端7b以及输出端7c的有源AC分路7，其中该第一输入端7a连接到该滤波器电路1的输入端3，该输出端7c与该滤波器电路1的输出端一致。
该滤波器装置5包括两个谐振电路9和11，其中一个为陷波滤波器9，另一个为带通滤波器11。该陷波滤波器9连接在输入端3和该有源AC分路7的第二输入端7b之间，并包括并联的电容器13和电感器15。该带通滤波器11连接在该有源AC分路7的第二输入端7b和地G之间，并包括串联的电容器17和电感器19。
该有源AC分路7包括跨导或跨阻抗放大器21和电阻器23，其中该有源AC分路7的第一输入端7a连接到该电阻器23，且该有源AC分路7的第二输入端7b连接到该跨导放大器21的第一输入端。该跨导放大器21的第二输入端连接到地G。该电阻器在该有源AC分路7的输出端7c被连接到跨导放大器21的输出端。
该有源AC分路7本身在本领域中是已知的，参见例如2005年8月10日在Wenzel Associates Inc.的网页http://www.wenzel.com/documents/finesse.html上公开的文章Finesse Voltage Regulator Noise。然而，该电路在此作为电压调节器用于清除噪声。在图5a中详细描述了将有源AC分路7应用于本发明的示范性实施。
该滤波器电路1的工作简单直接。陷波滤波器9阻止特定频率或预期频率的射频信号，而该信号的其它频率分量包括二次谐波则通过。带通滤波器11允许特定频率的射频信号被分流到地G，而其它频率分量包括二次谐波被有效地阻止并被导向该跨导放大器21的第一输入端。
有源AC分路7将该信号的其它频率分量包括二次谐波分流到地G，并在其输出端7c输出被滤波的射频信号。
通过提供与该电路的输出端串联的电阻器23并假设一电路在负载处将该二次谐波电压V减小为零，则来自该电路的该二次谐波电流可计算为V/R，其中R为电阻器23的电阻。如果电流吸收可设计成在该负载处将该数量的二次谐波电流吸收到地，则该负载中将不会有二次谐波电流流过。通过使用具有适当增益的跨导放大器放大该二次谐波，可以实现所需要的电流吸收。所需要的跨导为-1/(R*VC)，其中VC为该谐振滤波器装置5中在二次谐波频率处或者该电路被设计成所要滤波掉的任何频率分量处的电压增益。
图2至4说明了根据本发明备选实施例的用于滤波射频信号的各种修改的电路，其中这些实施例与图1的实施例不同之处在于滤波器装置5。在图2的电路中，陷波滤波器9换成电阻器26，在图3的电路中，连接到地G的带通滤波器11换成电阻器31，而在图4的电路中，该带通滤波器被完全除去。将会理解，尽管图2至4的各实施例比图1的电路更简单并且更小，但这些电路对例如二次谐波的强烈衰减能力也较低。
图5a-d说明了图1的电路的示范性实施及其模拟结果。该电路连接到信号源，该信号源发射1.5V DC、频率为2.45GHz的10mV AC、以及频率为4.90GHz的1mV AC，后者被认为是误差信号。在该示例中，该误差信号的幅值为预期频率2.45GHz的信号幅值的1/10。在图5a中示出了电阻、电容和电感的数值。该跨导放大器21的晶体管为NMOS晶体管，其跨导参数为kp＝17μA/V2，阈值电压为Vt＝0.1V，长度1＝0.13μm，宽度w＝410μm。示出了两个节点：在该NMOS晶体管的输入端7b的V(9)以及在该滤波器电路的输出端7c的V(6)。
图5b和c示出了在节点V(9)和V(6)的滤波器响应，单位为dB。可以从图5b看出，在受阻止的频率之外的响应并不平坦。需要调节该跨导放大器的增益，使得该滤波器衰减在预期频率即2.45GHz处获得最大值。从图5c可以看出，该滤波器电路对该二次谐波的衰减约为50dB，而对该预期频率的衰减较小。图5d示出了该误差信号以及节点V(9)处信号的相位。可以看出，该误差信号的相位以及V(9)信号的相位非常接近，这使得可以几乎彻底地消除该误差信号。
对另一个相似示范性实施但具有更宽谐振滤波器(未示出)的模拟结果表明了更低的效率，因为抵消电流来源于将被抵消的电压的相位。该滤波器电路对该二次谐波的衰减约为10dB。
图6a-c说明了图3电路的示范性实施以及模拟结果。该示范性实施与图5a的示范性实施的不同之处为，该带通滤波器中所包括的电容器17和电感器19以及10毫欧姆(mohm)的小电阻器被替换成200欧姆(ohm)的大电阻器。
图6b示出了该滤波器电路输出端7c的节点V(6)处的滤波响应，单位为dB。可以看出该滤波器电路对该二次谐波的衰减约为25dB，而对预期频率的衰减较小。图6b示出了该误差信号的相位以及节点V(9)处信号的相位。该次优的滤波是由于在4.9GHz处看到的相位差异。本示范性实施的滤波效率稍低，但考虑到与组件成本以及匹配复杂度的减小相折衷，这仍然是可以接受的。
本发明的滤波器电路1可被提供于例如无线电发射机、接收机或收发器，或者提供于时钟或振荡器电路中。滤波器电路1可设计成广泛地或精细地以及强烈地或柔弱地滤波。在上述示例中，选择最大衰减位于该二次谐波的频率处。然而，在其它用途中，可以根据具体应用而将最大衰减选择在另外的一个或多个频率处。

Claims (13)

1.一种用于滤波射频信号的电路(1)，其特征在于该电路包括：
输入端(3)、滤波器装置(5)、具有第一(7a)和第二(7b)输入端以及输出端(7c)的有源AC分路(7)，所述滤波器装置(5)包括陷波滤波器、带通滤波器和谐振电路中的至少一个，其中
所述有源AC分路(7)的第一输入端(7a)连接到所述输入端(3)，
所述滤波器装置(5)连接在所述输入端(3)和所述有源AC分路(7)的第二输入端(7b)之间，且用于衰减输入到所述有源AC分路(7)的第二输入端(7b)的特定频率的射频信号，以及
所述有源AC分路(7)用于将所述射频信号中包含的除了所述特定频率之外的其它频率的信号分流到地(G)，并用于将滤波的该射频信号输出到其输出端(7c)。
2.根据权利要求1的电路，其中所述滤波器装置(5)包括谐振电路(9、11)。
3.根据权利要求1的电路，其中所述滤波器装置包括陷波滤波器(9)，用于阻止特定频率处的射频信号。
4.根据权利要求3的电路，其中所述陷波滤波器(9)包括并联连接的电容器(3)和电感器(15)。
5.根据权利要求1的电路，其中所述滤波器装置(5)连接到地(G)。
6.根据权利要求1的电路，其中所述滤波器装置包括接地(G)的带通滤波器(11)，用于允许特定频率的射频信号被分流到地。
7.根据权利要求6的电路，其中所述带通滤波器(11)包括串联连接的电容器(17)和电感器(19)。
8.根据权利要求1的电路，其中所述有源AC分路(7)包括跨导或跨阻抗放大器(21)和电阻器(23)；
该电阻器连接在所述有源AC分路(7)的第一输入端(7a)和所述有源AC分路(7)的输出端(7c)之间；
其中跨导或跨阻抗放大器(21)的第一输入端连接到所述有源AC分路(7)的第二输入端(7b)，跨导或跨阻抗放大器(21)的输出端连接到所述有源AC分路(7)的输出端(7c)，跨导或跨阻抗放大器(21)的第二输入端连接到地。
9.根据权利要求1的电路，其中除了所述特定频率之外的其它频率的信号为在该特定频率处所述射频信号的二次谐波。
10.根据权利要求1的电路，其中所述电路提供于无线电发射机、接收机或收发器内。
11.用于滤波射频信号的方法，其特征在于包括下述步骤：
接收所述射频信号；
利用滤波器装置(5)衰减特定频率处的射频信号，所述滤波器装置(5)包括陷波滤波器、带通滤波器和谐振电路中的至少一个；
使用有源AC分路(7)将所述射频信号包含的除了所述特定频率之外其它频率的信号分流到地(G)；以及
输出被滤波的该射频信号。
12.根据权利要求11的方法，其中使用无源谐振电路(9、11)在该特定频率衰减该射频信号。
13.根据权利要求11的方法，其中使用跨导或跨阻抗放大器(21)和电阻器(23)将所述特定频率之外其它频率处的信号分流到地(G)。
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