CN105743461A - 一种滤波电路、射频抗干扰电路和射频信号发生电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤波电路，包括至少一个滤波模块，其中至少一个滤波模块为可选滤波模块；可选滤波模块包括基本滤波元件和至少一个可选连接滤波元件，基本滤波元件连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端，可选连接滤波元件通过开关元件连接基本滤波元件，其中可选连接滤波元件为电容、电感、传输线、微带或谐振腔；开关元件接收控制信号，并在控制信号控制下使可选连接滤波元件与基本滤波元件电导通或不导通，在电导通时改变滤波电路的截止频率。本发明还公开了一种射频抗干扰电路和射频信号发生电路。通过上述方式，本发明能够在一个滤波电路内，通过改变控制信号引入新的谐振来改变滤波电路的截止频率，节省I/O口资源和PCB面积，降低成本。

Description

一种滤波电路、射频抗干扰电路和射频信号发生电路

技术领域

本发明涉及滤波，特别是涉及一种滤波电路、射频抗干扰电路和射频信号发生电路。

背景技术

滤波器是只允许一定频率范围内的信号正常通过，而阻止另一部分频率通过的电路。

目前电子产品正在往宽频带的方向发展，在频段扩宽的同时，滤波变得越来越困难。单一频段时可以用一个滤波器来进行滤波，一个滤波器的工作频段固定，要完成宽频带的滤波需要多个滤波器，工作时根据不同频带使用开关在多个滤波器之间切换，占用I/O口资源和PCB面积，增加成本。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种滤波电路、射频抗干扰电路和射频信号发生电路，能够解决现有技术中宽频带滤波需要使用多个滤波器并在多个滤波器之间使用开关切换的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种滤波电路，包括至少一个滤波模块，其中至少一个滤波模块为可选滤波模块；可选滤波模块包括基本滤波元件和至少一个可选连接滤波元件，基本滤波元件连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端，可选连接滤波元件通过开关元件连接基本滤波元件，其中可选连接滤波元件为电容、电感、传输线、微带或谐振腔；开关元件接收控制信号，并在控制信号控制下使可选连接滤波元件与基本滤波元件电导通或不导通，在电导通时改变滤波电路的截止频率。

其中，基本滤波元件包括至少一个谐振元件，谐振元件的至少一端连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端；每个谐振元件与可选连接滤波元件一一对应，每个可选连接滤波元件的两端分别通过一个开关元件连接到谐振元件的两端，其中可选连接滤波元件和谐振元件的其中一个为电容，另一个为电感；开关元件电导通时，可选连接滤波元件和谐振元件形成并联谐振并改变滤波电路的截止频率。

其中，可选滤波模块为低通滤波模块；谐振元件为电感，并且谐振元件的两端分别连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端；或谐振元件为电容，并且谐振元件的一端连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端，另一端接地。

其中，可选滤波模块为高通滤波模块；谐振元件为电容，并且谐振元件的两端分别连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端；或谐振元件为电感，并且谐振元件的一端连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端，另一端接地。

其中，开关元件为二极管、开关三极管、场效应管或开关芯片。

其中，滤波电路进一步包括至少一个陷波模块，陷波模块一端连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端，另一端接地，陷波模块的中心频率不在滤波电路的通带内。

其中，陷波模块与可选滤波模块一一对应，陷波模块的一端通过第二开关元件连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端，另一端接地，第二开关元件接收对应可选滤波模块的控制信号；控制信号控制第二开关元件电导通时，陷波模块工作，其他时间陷波模块不工作。

其中，每个可选滤波模块的开关元件接收的控制信号相互独立。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种射频抗干扰电路，包括依次连接的以上任一项所述的滤波电路和放大器，信号经滤波电路滤波后送入放大器进行放大。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种射频信号发生电路，包括依次连接的射频信号发生器和以上任一项所述的滤波电路，射频信号发生器产生的射频信号经滤波电路滤波后输出。

本发明的有益效果是：在滤波电路中加入可选连接滤波元件，可选连接滤波元件通过开关元件连接基本滤波元件，开关元件接收控制信号并在控制信号控制下使可选连接滤波元件与基本滤波元件电导通，电导通时可选连接滤波元件工作并改变滤波电路的截止频率，实现了在一个滤波电路内，通过改变控制信号来改变开关元件的是否导通，从而实现改变滤波电路的截止频率，无须为每个截止频率使用一个滤波电路并且用开关在多个滤波电路之间切换，节省I/O口资源和PCB面积，降低成本。

附图说明

图1是本发明滤波电路第一实施例的结构示意图；

图2是本发明滤波电路第二实施例的结构示意图；

图3是本发明滤波电路第二实施例一个具体滤波电路的电路图；

图4是本发明滤波电路第二实施例一个具体滤波电路第一控制信号和第二控制信号均为低电平时的频率响应图；

图5是本发明滤波电路第二实施例一个具体滤波电路第一控制信号为高电平且第二控制信号为低电平时的频率响应图；

图6是本发明滤波电路第二实施例一个具体滤波电路第一控制信号和第二控制信号均为高电平时的频率响应图；

图7是本发明滤波电路一个实施例中可选滤波模块为低通且谐振元件为电容的结构示意图；

图8是本发明滤波电路一个实施例中可选滤波模块为高通且谐振元件为电容的结构示意图；

图9是本发明滤波电路一个实施例中可选滤波模块为高通且谐振元件为电感的结构示意图；

图10是本发明滤波电路第三实施例的结构示意图；

图11是本发明滤波电路第三实施例一个具体滤波电路的电路图；

图12是本发明滤波电路第三实施例一个具体滤波电路第三控制信号和第四控制信号均为低电平时的频率响应图；

图13是本发明滤波电路第三实施例一个具体滤波电路第三控制信号为高电平且第四控制信号为低电平时的频率响应图；

图14是本发明滤波电路第三实施例一个具体滤波电路第三控制信号和第四控制信号均为高电平时的频率响应图；

图15是本发明射频抗干扰电路第一实施例的结构示意图；

图16是本发明射频信号发生电路第一实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明滤波电路的第一实施例包括：

依次连接的两个滤波模块1和2，其中滤波模块1为可选滤波模块。图中画出了两个滤波模块，其中一个为可选滤波模块。实际滤波模块的数量和滤波模块中可选滤波模块的数量可根据需要而定。如果只有一个滤波模块，那么该滤波模块为可选滤波模块；如果滤波模块的数量大于一个，那么其中至少一个滤波模块为可选滤波模块，并且滤波模块依次连接。每个滤波模块可以为低通、高通、带通或带阻，根据实际需要而定。

可选滤波模块1包括基本滤波元件11和可选连接滤波元件12。图中只画出了一个基本滤波元件11，其两端分别连接另一滤波模块1和滤波电路的输出端，即基本滤波元件11串联在滤波电路的通路中。实际基本滤波元件11的数量可以为一个，也可以更多，对此不做过多限制。每个基本滤波元件也可以只有一端连接其他的滤波模块或滤波电路的输入/输出端。

可选连接滤波元件12通过开关元件13连接基本滤波元件12。图中的可选连接滤波元件12与基本滤波元件11通过开关元件13串联，实际可选连接滤波元件也可以通过开关元件与基本滤波元件并联。基本滤波元件和可选连接滤波元件12为电容、电感、传输线、微带或谐振腔，也可以为晶体谐振器、陶瓷滤波器、声表面波滤波器等其他滤波元件。

开关元件13接收控制信号，并在控制信号控制下使可选连接滤波元件12与基本滤波元件11电导通或不导通。如果滤波电路中包括的可选滤波模块超过一个，每个可选滤波模块的开关元件接收的控制信号可以相互独立，即每个控制信号控制一个可选滤波模块的开关元件；也可以至少有一个控制信号控制至少两个可选滤波模块的开关元件。

控制信号控制开关元件13导通时，改变滤波电路的截止频率。图中所示的开关元件13导通时，可选连接滤波元件12工作并改变了滤波电路的阶数，从而改变滤波电路的截止频率。除此之外，也可以不改变滤波电路的阶数实现改变滤波电路的截止频率，例如基本滤波元件为电容，可选连接滤波元件也是电容，并通过开关元件与基本滤波元件并联，开关元件导通时，可选连接滤波元件与基本滤波元件等效为一个新的电容，其电容值与原基本滤波元件的电容值不同，从而改变滤波电路的截止频率。

为实现开关元件导通时改变滤波电路的截止频率，当滤波电路为低通时，开关元件导通时滤波电路的截止频率比开关元件不导通时滤波电路的截止频率低；当滤波电路为高通时，开关元件导通时滤波电路的截止频率比开关元件不导通时滤波电路的截止频率高；当滤波电路为带通或带阻时，根据实际需求决定，一般来说开关元件导通时滤波电路的3dB带宽比开关元件不导通时的小。

通过上述实施例的实施，在滤波电路中加入可选连接滤波元件，可选连接滤波元件通过开关元件连接基本滤波元件，开关元件接收控制信号并在控制信号控制下使可选连接滤波元件与基本滤波元件电导通，电导通时可选连接滤波元件工作并改变滤波电路的截止频率，实现了在一个滤波电路内，通过改变控制信号来改变开关元件的是否导通，从而实现改变滤波电路的截止频率，无须为每个截止频率使用一个滤波电路并且用开关在多个滤波电路之间切换，节省I/O口资源和PCB面积，降低成本。

如图2所示，本发明滤波电路的第二实施例，是在本发明滤波电路第一实施例的基础上，进一步限定：基本滤波元件包括第一电感L1和第一电容C1，其中第一电感L1为谐振元件，谐振元件L1的至少一端连接其他滤波模块或滤波电路的输入/输出端。第二电容C2为可选连接滤波元件，其两端分别通过一个开关元件103连接到谐振元件L1的两端。

图中所画的可选连接滤波元件C2为电容，谐振元件L1为电感，也可以反过来，只要谐振元件在滤波电路中的连接方式不会改变滤波电路的频率响应类型，例如由低通变为高通等。图中只画出了一个可选连接滤波元件和一个谐振元件，如果可选连接滤波元件和谐振元件的数量不止一个，那么可选连接滤波元件和谐振元件数量相同，且每个谐振元件与每个可选连接滤波元件一一对应。

在实际电路板的制作中，图中的电容和电感也可以用开路/短路的传输线或微带来实现。

通过上述实施例的实施，可选连接滤波元件通过开关元件与谐振元件并联，并且可选连接滤波元件和谐振元件的其中一个为电容，另一个为电感，开关元件导通时，形成了新的电感电容并联谐振，电路设计方便并且能有效的改变滤波电路的截止频率。

参考图3，图3是本发明滤波电路第二实施例一个具体滤波电路的电路图，滤波电路100用于射频谐波抑制，为低通滤波电路。滤波电路100包括滤波模块110、120和130，其中滤波模块110为低通椭圆滤波模块，滤波模块120和130为可选滤波模块。

可选滤波模块120包括基本滤波元件第十三电感L13、第十四电感L14、第二十四电容C24和第二十五电容C25，其中第十三电感L13和第十四电感L14为谐振元件。谐振元件L13和L14串联在滤波电路的通路中，第十三电感L13的第一端通过耦合电容C14连接滤波模块110，第二端连接第十四电感L14的第一端，第十四电感L14的第二端通过耦合电容C17连接可选滤波模块130。第十五电容C15和第十六电容C16为可选连接滤波元件，第十五电容C15通过开关元件D1和D2与第十三电感L13并联，第十六电容C16通过开关元件D2和D3与第十四电感L14并联。开关元件D1、D2和D3接收第一控制信号。

可选滤波模块130包括基本滤波元件第十五电感L15、第十六电感L16、第二十六电容C26和第二十七电容C27，其中第十五电感L15和第十六电感L16为谐振元件。谐振元件L15和L16串联在滤波电路的通路中，第十五电感L15的第一端通过耦合电容C17连接可选滤波模块120，第二端连接第十六电感L16的第一端，第十六电感L16的第二端通过耦合电容C20连接滤波电路的输出端。第十八电容C18和第十九电容C19为可选连接滤波元件，第十八电容C18通过开关元件D4和D5与第十五电感L15并联，第十九电容C19通过开关元件D5和D6与第十六电感L16并联。开关元件D4、D5和D6接收第二控制信号。

图4为第一控制信号和第二控制信号均为低电平时滤波电路100的频率响应。图中m1点的频率为527MHz，对应的幅频响应为-3.987dB；m2点的频率为624MHz，对应的幅频响应为-19.348dB；m3点的频率为312MHz，对应的幅频响应为-1.465dB；m4点的频率为873MHz，对应的幅频响应为-26.892dB。此时滤波电路100通带为312-527MHz，用于抑制312MHz及以上的二次谐波。

图5为第一控制信号为高电平且第二控制信号为低电平时滤波电路100的频率响应。图中m1点的频率为203MHz，对应的幅频响应为-2.289dB；m2点的频率为406MHz，对应的幅频响应为-17.438dB；m3点的频率为312MHz，对应的幅频响应为-2.522dB；m4点的频率为624MHz，对应的幅频响应为-39.448dB。此时滤波电路100通带为203-312MHz，用于抑制203MHz及以上的二次谐波。

图6为第一控制信号和第二控制信号均为高电平时滤波电路100的频率响应。图中m1点的频率为203MHz，对应的幅频响应为-3.423dB；m2点的频率为295MHz，对应的幅频响应为-18.402dB；m3点的频率为143MHz，对应的幅频响应为-1.963dB；m4点的频率为406MHz，对应的幅频响应为-32.574dB。此时滤波电路100通带为143-203MHz，用于抑制143MHz及以上的二次谐波。

可以看出，通过改变第一控制信号和第二控制信号的电位，改变滤波电路100的截止频率，实现不同频段的谐波抑制。

图2中的可选滤波模块10为低通，谐振元件L1的一端连接其他滤波模块，另一端连接滤波电路的输出端，即谐振元件L1串联在滤波电路的通路中。在本发明滤波电路的一个实施例中，如图7所示，可选滤波模块20为低通，谐振元件为第三电容C3，谐振元件C3的一端连接滤波电路的输出端，另一端接地，可选连接滤波元件为第四电感L4。

在本发明滤波电路的一个实施例中，如图8所示，可选滤波模块30为高通，谐振元件为第五电容C5，谐振元件C5的一端连接其他滤波模块，另一端连接滤波电路的输出端，即谐振元件C5串联在滤波电路的通路中，可选连接滤波元件为第六电感L6。或如图9所示，可选滤波模块40为高通，谐振元件为第七电感L7，谐振元件L7的一端连接滤波电路的输出端，另一端接地，可选连接滤波元件为第八电容C8。

如图10所示，本发明滤波电路的第三实施例，是在本发明滤波电路第一实施例的基础上，进一步包括与可选滤波模块4对应的陷波模块5，陷波模块5的一端通过第二开关元件51连接滤波电路的输出端，另一端接地。陷波模块5的中心频率不在滤波电路的通带内。第二开关元件51接收对应的可选滤波模块4的控制信号，控制信号控制第二开关元件51电导通时，陷波模块5工作，其他时间陷波模块5不工作。

通过上述实施例的实施，加入陷波模块，可以阻碍某个指定频率的信号通过，改善滤波电路非通带内对信号的抑制特性。

在其他可行的实施方式中，陷波模块不与可选滤波模块一一对应，陷波模块一端直接连接其他滤波模块或者滤波电路的输入/输出端，另一端接地。

参考图11，图11是本发明滤波电路第三实施例一个具体滤波电路的电路图，滤波电路200用于射频谐波抑制，为低通滤波电路。滤波电路200包括滤波模块210、220、230和陷波模块240、250。其中滤波模块210为低通椭圆滤波模块，滤波模块220和230为可选滤波模块。

可选滤波模块220包括基本滤波元件第三十三电感L33和第四十二电容C42，其中第三十三电感L33为谐振元件。谐振元件L33串联在滤波电路的通路中，其第一端连接滤波模块210，第二端通过耦合电容C35和C36连接可选滤波模块230。第三十四电容C34为可选连接滤波元件，通过开关元件D11和D12与谐振元件L33并联。开关元件D11和D12接收第三控制信号。

可选滤波模块230包括基本滤波元件第三十四电感L34和第四十三电容C43，其中第三十四电感L34为谐振元件。谐振元件L34串联在滤波电路的通路中，其第一端通过耦合电容C35和C36连接可选滤波模块230，第二端通过耦合电容C38连接滤波电路200的输出端。第三十七电容C37为可选连接滤波元件，通过开关元件D13和D14与谐振元件L34并联。开关元件D13和D14接收第四控制信号。

陷波模块240包括第三十五电感L35、第四十四电容C44和第十八电阻R18。第三十五电感L35的第一端通过第二开关元件D15和耦合电容C35连接可选滤波模块220，第二端连接第四十四电容C44的第一端；第四十四电容C44的第二端接地；第十八电阻R18的第一端连接第三十五电感L35的第一端，第二端连接第四十四电容C44的第二端。第二开关元件D15接收第三控制信号。

陷波模块250包括第三十六电感L36、第四十五电容C45和第十九电阻R19。第三十六电感L36的第一端通过第二开关元件D16连接可选滤波模块230，第二端连接第四十五电容C45的第一端；第四十五电容C45的第二端接地；第十九电阻R19的第一端连接第三十六电感L36的第一端，第二端连接第四十五电容C45的第二端。第二开关元件D16接收第四控制信号。

滤波电路200工作于射频段，图中的开关元件D11-D16为PIN二极管，也可以为肖特基二极管，R11-R17用于保护开关元件D11-D16。

图12为第三控制信号和第四控制信号均为低电平时滤波电路200的频率响应。图中m1点的频率为527MHz，对应的幅频响应为-2.668dB；m2点的频率为620MHz，对应的幅频响应为-17.910dB；m3点的频率为310MHz，对应的幅频响应为-2.484dB；m4点的频率为1.054GHz，对应的幅频响应为-52.205dB。此时滤波电路200通带为310-527MHz，用于抑制310MHz及以上的二次谐波。

图13为第三控制信号为高电平且第四控制信号为低电平时滤波电路200的频率响应。图中m1点的频率为204MHz，对应的幅频响应为-1.459dB；m2点的频率为408MHz，对应的幅频响应为-18.301dB；m3点的频率为310MHz，对应的幅频响应为-3.053dB；m4点的频率为620MHz，对应的幅频响应为-25.880dB。此时滤波电路200通带为204-310MHz，用于抑制204MHz及以上的二次谐波。

图14为第三控制信号和第四控制信号均为高电平时滤波电路100的频率响应。图中m1点的频率为204MHz，对应的幅频响应为-3.441dB；m2点的频率为272MHz，对应的幅频响应为-16.376dB；m3点的频率为136MHz，对应的幅频响应为-0.997dB；m4点的频率为408MHz，对应的幅频响应为-25.398dB。此时滤波电路200通带为136-204MHz，用于抑制136MHz及以上的二次谐波。

可以看出，通过改变第三控制信号和第四控制信号的电位，改变滤波电路200的截止频率，实现不同频段的谐波抑制。加入陷波模块可以改善滤波电路非通带的抑制特性，使用较少的可选连接滤波元件即可得到较好的频率响应。

在本发明滤波电路的一个实施例中，开关元件为二极管、开关三极管、场效应管或开关芯片，能够接收控制信号，并在控制信号的控制下在导通和不导通之间切换。当滤波电路应用于射频滤波时，开关元件优选为PIN二极管或肖特基二极管。本实施例可以与本发明滤波电路的任一实施例相结合。

如图15所示，本发明射频抗干扰电路的第一实施例包括：依次连接的滤波电路310和放大器320，其中滤波电路310为本发明滤波电路任一实施例及可能的组合中描述的滤波电路，在此不再赘述。滤波电路310的具体电路架构和元件参数选择根据实际输入信号和滤波要求而决定。由于滤波电路310存在插入损耗，一般而言需要放大器320对经过滤波的信号进行放大。信号经滤波电路310滤波后送入放大器320进行放大。

如图16所示，本发明射频信号发生电路的第一实施例包括：依次连接的射频信号发生器410和滤波电路420，其中滤波电路420为本发明滤波电路任一实施例及可能的组合中描述的滤波电路，在此不再赘述。滤波电路420的具体电路架构和元件参数选择根据射频信号发生器410产生的信号和滤波要求而决定。射频信号发生器410产生的射频信号经滤波电路420滤波后输出。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种滤波电路，其特征在于：

包括至少一个滤波模块，其中所述滤波模块为可选滤波模块；

所述可选滤波模块包括基本滤波元件和至少一个可选连接滤波元件，所述基本滤波元件连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端，所述可选连接滤波元件通过开关元件连接所述基本滤波元件，其中所述可选连接滤波元件为电容、电感、传输线、微带或谐振腔；

所述开关元件接收控制信号，并在所述控制信号控制下使所述可选连接滤波元件与所述基本滤波元件电导通或不导通，在所述电导通时改变所述滤波电路的截止频率。

2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，

所述基本滤波元件包括至少一个谐振元件，所述谐振元件的至少一端连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端；

每个所述谐振元件与所述可选连接滤波元件一一对应，每个所述可选连接滤波元件的两端分别通过一个所述开关元件连接到所述谐振元件的两端，其中所述可选连接滤波元件和所述谐振元件的其中一个为电容，另一个为电感；

所述开关元件电导通时，所述可选连接滤波元件和所述谐振元件形成并联谐振并改变所述滤波电路的截止频率。

3.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，

所述可选滤波模块为低通滤波模块；

所述谐振元件为电感，并且所述谐振元件的两端分别连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端；

或所述谐振元件为电容，并且所述谐振元件的一端连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端，另一端接地。

4.根据权利要求2所述的滤波电路，其特征在于，

所述可选滤波模块为高通滤波模块；

所述谐振元件为电容，并且所述谐振元件的两端分别连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端；

或所述谐振元件为电感，并且所述谐振元件的一端连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端，另一端接地。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的滤波电路，其特征在于，

所述开关元件为二极管、开关三极管、场效应管或开关芯片。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的滤波电路，其特征在于，

所述滤波电路进一步包括至少一个陷波模块，所述陷波模块一端连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端，另一端接地，所述陷波模块的中心频率不在所述滤波电路的通带内。

7.根据权利要求7所述的滤波电路，其特征在于，

所述陷波模块与所述可选滤波模块一一对应，所述陷波模块的一端通过第二开关元件连接其他所述滤波模块或所述滤波电路的输入/输出端，另一端接地，所述第二开关元件接收对应所述可选滤波模块的控制信号；

所述控制信号控制所述第二开关元件电导通时，所述陷波模块工作，其他时间所述陷波模块不工作。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的滤波电路，其特征在于，

每个所述可选滤波模块的所述开关元件接收的所述控制信号相互独立。

9.一种射频抗干扰电路，其特征在于，包括：

依次连接的权利要求1-8中任一项所述的滤波电路和放大器，信号经所述滤波电路滤波后送入所述放大器进行放大。

10.一种射频信号发生电路，其特征在于，包括：

依次连接的射频信号发生器和权利要求1-8中任一项所述的滤波电路，所述射频信号发生器产生的射频信号经所述滤波电路滤波后输出。