CN110365308A

CN110365308A - 一种基于切比雪夫ⅱ型的可调谐有源rc带通滤波器

Info

Publication number: CN110365308A
Application number: CN201910602050.XA
Authority: CN
Inventors: 徐志伟; 王圣杰; 刘嘉冰; 弓悦; 邱良; 赵锴龙
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明公开了一种基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器，该带通滤波器由基于切比雪夫Ⅱ型的N级带通滤波单元，M级低通滤波单元，L级高通滤波单元构成，其中N≥1，M≥1，L≥1，通过调节其中的电阻电容值来调节带通滤波器的中心频率，带宽以及带内平坦度，很好地实现对噪声和其他信道信号的抑制，得到所需频带的有用信号。该电路结构具有调节范围大，调节精度高的优点。

Description

一种基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器

技术领域

本发明涉及射频收发机中用于选频的带通滤波器，具体涉及一种基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器。

背景技术

随着射频标准的不断增加，对大多数无线应用都提出了更高的频谱效率要求。因此，现代不断发展的无线标准正朝着多波段、多载波的方向发展。传统上，多频带操作是通过使用开关网络和静态滤波器组来实现的。然而，所需滤波器的数量会随着所需频带数量的增加而增加，传统方法限制了系统的可扩展性。为了克服这一限制，提出了可调谐射频滤波器的概念。

可调谐射频滤波器被认为是现代自适应射频收发机中必不可少的高频器件。这些RF电路必须能够使其通带适应具有不同频谱和功率特性的有用信号，同时有效地抑制不必要的带外干扰。

发明内容

本发明在前人研究的基础上，创新性地提出了一种基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器电路结构。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器，其特征在于，所述的带通滤波器包含基于切比雪夫Ⅱ型的N级带通滤波单元Filter11、Filter12···Filter1n，M级低通滤波单元Filter21、Filter22···Filter2m，L级高通滤波单元Filter31、Filter32···Filter3l，其中N≥1，M≥1，L≥1，所述的滤波器包括两个输入端IP、IN和两个输出端OP、ON，所述的滤波器的IP端与Filter11的IP端相连、所述的滤波器的IN端与Filter11的IN端相连，Filter11的OP端与Filter12的IP端相连，Filter11的ON端与Filter12的IN端，依次类推，Filter12···Filter1n、Filter21、Filter22···Filter2m、Filter31、Filter32···Filter3l均依次相连，前一个滤波单元的OP端连接后一个滤波单元的IP端，前一个滤波单元的ON端连接后一个滤波单元的IN端，Filter3l的OP端连接所述的滤波器的OP端，Filter3l的ON端连接所述的滤波器的ON端。

进一步地，所述的带通滤波单元包括可调电阻R111、R112、R1K1、R1K2、R1K3、R1K4、R121、R122，可调电容C121、C122、C123、C124和运算放大器OP-AMP1、OP-AMP2，其中可调电阻R111与R112阻值相等，R121与R122阻值相等，R1K1与R1K2、R1K3以及R1K4阻值相等；可调电容C121与C122、C123以及C124容值相等，其电路连接如下：

所述的带通滤波单元的输入端IP与可调电阻R111的一端相连；所述的带通滤波单元的输入端IN与可调电阻R112的一端相连；可调电阻R111的另一端与可调电阻R121的一端、可调电容C123的一端、可调电阻R1K3的一端以及运算放大器OP-AMP2的IP端相连；可调电阻R112的另一端与可调电阻R122的一端、可调电容C124的一端、可调电阻R1K4的一端以及运算放大器OP-AMP2的IN端相连；可调电阻R1K3的另一端与可调电容C121的一端以及运算放大器OP-AMP1的ON端相连；可调电阻R1K4的另一端与可调电容C122的一端以及运算放大器OP-AMP1的OP端相连；可调电容C121的另一端与可调电阻R1K1的一端以及运算放大器OP-AMP1的IP端相连；可调电容C122的另一端与可调电阻R1K2的一端以及运算放大器OP-AMP1的IN端相连；所述的带通滤波单元的输出端OP与可调电阻R122的另一端、可调电容C124的另一端、可调电阻R1K1的另一端以及运算放大器OP-AMP2的OP端相连；所述的带通滤波单元的输出端ON与可调电阻R121的另一端、可调电容C123的另一端、可调电阻R1K2的另一端以及运算放大器OP-AMP2的ON端相连。

进一步地，所述的低通滤波单元包括可调电阻R311、R312、R1K5、R1K6、R1K7、R1K8、R321、R322，可调电容C311、C312、C321、C322、C323、C324和运算放大器OP-AMP5、OP-AMP6，其中可调电阻R311与R312阻值相等，R321与R322阻值相等，R1K5、R1K6、R1K7以及R1K8阻值相等，可调电容C321、C322、C323以及C324容值相等，C311与C312容值相等；它们的电路连接如下：

所述的低通滤波单元的输入端IP与可调电阻R311的一端、可调电容C311的一端相连；所述的低通滤波单元的输入端IN与可调电阻R312的一端、可调电容C312的一端相连；可调电阻R311的另一端与可调电阻R321的一端、可调电容C323的一端、可调电阻R1K7的一端以及运算放大器OP-AMP6的IP端相连；可调电阻R312的另一端与可调电阻R322的一端、可调电容C324的一端、可调电阻R1K8的一端以及运算放大器OP-AMP6的IN端相连；可调电阻R1K7的另一端与可调电容C322的一端以及运算放大器OP-AMP5的OP端相连；可调电阻R1K8的另一端与可调电容C321的一端以及运算放大器OP-AMP1的ON端相连；可调电容C321的另一端与可调电阻R1K5的一端、可调电容C311的另一端以及运算放大器OP-AMP5的IP端相连；可调电容C322的另一端与可调电阻R1K6的一端、可调电容C312的另一端以及运算放大器OP-AMP5的IN端相连；

所述的低通滤波单元的输出端OP与可调电阻R322的另一端、可调电容C324的另一端、可调电阻R1K6的另一端以及运算放大器OP-AMP6的OP端相连；所述的低通滤波单元的输出端ON与可调电阻R321的另一端、可调电容C323的另一端、可调电阻R1K5的另一端以及运算放大器OP-AMP6的ON端相连。

进一步地，所述的高通滤波单元的电路结构与所述的低通滤波单元相同。

本发明的有益效果：

本发明的可调谐有源RC带通滤波器包含多级带通、低通和高通滤波单元，可以通过调节相应的电阻电容值调节带通滤波单元的极点，低通高通滤波单元的极点和零点，并调节相应的电阻值调节滤波单元的增益和Q值，从而实现滤波的中心频率和带宽的变化，并使得滤波频率相应曲线的平坦度高，带通滤波器的阶数越高，其可实现的带宽越宽，同时使运算放大器的增益足够高，并且使得各级滤波单元的Q值足够高，可以实现超小带宽的高精度滤波，使滤波器的选择性非常好。因此，本发明的可调谐有源RC带通滤波器具有自适应能力强，调节范围大，调节精度高的优点。

附图说明

图1是基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐6阶有源RC带通滤波器的电路示意图；

图2是带通滤波单元的电路示意图；

图3是低通或高通滤波单元的电路示意图；

图4是IF为70M调节不同带宽的6阶滤波器频率响应图；

图5是同时调节IF及带宽的6阶滤波器频率响应图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

一种基于切比雪夫Ⅱ阶的可调谐有源RC带通滤波器，所述的带通滤波器由N级低通滤波单元，M级低通滤波单元和L级高通滤波单元构成，其中N≥1，M≥1，L≥1，带通滤波器的阶数为N+M+L，带通滤波器的阶数越高其滤波选择效果越好。本实例为基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐6阶有源RC带通滤波器电路结构，如图1所示，由滤波单元Filter1、Filter2、Filter3、Filter4、Filter5、Filter6组成，其中滤波单元Filter1、Filter2为带通滤波，滤波单元Filter3、Filter4为低通滤波，滤波单元Filter5、Filter6为高通滤波，组合在一起实现带通滤波的效果，可以提高带宽的可调节范围并提高带内平坦度性能。

其连接方式如下：

带通滤波器的输入端IP与滤波单元Filter1的IP端相连；带通滤波器的输入端IN与滤波单元Filter1的IN端相连；滤波单元Filter1的OP端与滤波单元Filter2的IP端相连；滤波单元Filter1的ON端与滤波单元Filter2的IN端相连；滤波单元Filter2的OP端与滤波单元Filter3的IP端相连；滤波单元Filter2的ON端与滤波单元Filter3的IN端相连；滤波单元Filter3的OP端与滤波单元Filter4的IP端相连；滤波单元Filter3的ON端与滤波单元Filter4的IN端相连；滤波单元Filter4的OP端与滤波单元Filter5的IP端相连；滤波单元Filter4的ON端与滤波单元Filter5的IN端相连；滤波单元Filter5的OP端与滤波单元Filter6的IP端相连；滤波单元Filter5的ON端与滤波单元Filter6的IN端相连；滤波单元Filter6的OP端与带通滤波器的输出端OP相连；滤波单元Filter6的ON端与带通滤波器的输出端ON相连。

图2所示为可调谐有源RC带通滤波器中用到的带通滤波单元的电路结构，由可调电阻R111、R112、R1K1、R1K2、R1K3、R1K4、R121、R122；可调电容C121、C122、C123、C124和运算放大器OP-AMP1、OP-AMP2组成。其中可调电阻R111与R112阻值相等，R121与R122阻值相等，R1K1与R1K2、R1K3以及R1K4阻值相等；可调电容C121与C122、C123以及C124容值相等。其连接方式如下：

带通滤波单元的输入端IP与可调电阻R111的a端相连；带通滤波单元的输入端IN与可调电阻R112的a端相连；可调电阻R111的b端与可调电阻R121的a端、可调电容C123的a端、可调电阻R1K3的b端以及运算放大器OP-AMP2的IP端相连；可调电阻R112的b端与可调电阻R122的a端、可调电容C124的a端、可调电阻R1K4的b端以及运算放大器OP-AMP2的IN端相连；可调电阻R1K3的a端与可调电容C121的b端以及运算放大器OP-AMP1的ON端相连；可调电阻R1K4的a端与可调电容C122的b端以及运算放大器OP-AMP1的OP端相连；可调电容C121的a端与可调电阻R1K1的a端以及运算放大器OP-AMP1的IP端相连；可调电容C122的a端与可调电阻R1K2的a端以及运算放大器OP-AMP1的IN端相连；带通滤波单元的输出端OP与可调电阻R122的b端、可调电容C124的b端、可调电阻R1K1的b端以及运算放大器OP-AMP2的OP端相连；带通滤波单元的输出端ON与可调电阻R121的b端、可调电容C123的b端、可调电阻R1K2的b端以及运算放大器OP-AMP2的ON端相连。

如上所述的带通滤波单元，其工作原理为：滤波单元的增益和可调节电阻R111与R1K1的比值以及运算放大器的增益有关，调节可调节电阻R111与R112的阻值可改变滤波单元的增益；可调节电阻R1K1与可调节电容C121谐振点为滤波单元的极点，调节可调电容C121与C122、C123以及C124的容值可改变带通滤波单元的中心频率；调节可调节电阻R121、R122的阻值能调节滤波单元的Q值。

图3所示为可调谐有源RC带通滤波器中用到的低通或高通滤波单元的电路结构，由可调电阻R311、R312、R1K5、R1K6、R1K7、R1K8、R321、R322；可调电容C311、C312、C321、C322、C323、C324和运算放大器OP-AMP5、OP-AMP6组成。其中可调电阻R311与R312阻值相等，R321与R322阻值相等，R1K5与R1K6、R1K7以及R1K8阻值相等；可调电容C321与C322、C323以及C324容值相等，C311与C312容值相等。其连接方式如下：

低通或高通滤波单元的输入端IP与可调电阻R311的a端、可调电容C311的a端相连；低通或高通滤波单元的输入端IN与可调电阻R312的a端、可调电容C312的a端相连；可调电阻R311的b端与可调电阻R321的a端、可调电容C323的a端、可调电阻R1K7的b端以及运算放大器OP-AMP6的IP端相连；可调电阻R312的b端与可调电阻R322的a端、可调电容C324的a端、可调电阻R1K8的b端以及运算放大器OP-AMP6的IN端相连；可调电阻R1K7的a端与可调电容C322的b端以及运算放大器OP-AMP5的OP端相连；可调电阻R1K8的a端与可调电容C321的b端以及运算放大器OP-AMP1的ON端相连；可调电容C321的a端与可调电阻R1K5的a端、可调电容C311的b端以及运算放大器OP-AMP5的IP端相连；可调电容C322的a端与可调电阻R1K6的a端、可调电容C312的b端以及运算放大器OP-AMP5的IN端相连；低通或高通滤波单元的输出端OP与可调电阻R322的b端、可调电容C324的b端、可调电阻R1K6的b端以及运算放大器OP-AMP6的OP端相连；低通或高通滤波单元的输出端ON与可调电阻R321的b端、可调电容C323的b端、可调电阻R1K5的b端以及运算放大器OP-AMP6的ON端相连。

如上所述的低通或高通滤波单元，其工作原理为：滤波单元的增益和可调节电阻R311与R1K5的比值以及运算放大器的增益有关，调节可调节电阻R311与R312阻值可改变滤波单元的增益；可调节电阻R1K5与可调节电容C321谐振点为滤波单元的极点，调节可调电容C321与C322、C323以及C324的容值可改变极点频率；可调节电阻R311与可调节电容C311谐振点为滤波单元的零点，调节可调节电容C311、C312容值可改变其零点频率；调节可调节电阻R321、R322的阻值能调节滤波单元的Q值。

图4、图5是实施例：可调谐6阶有源RC带通滤波器调节各级滤波单元后的频率响应图，图4中曲线分别是IF中心频率为70MHz，带宽为1MHz、3.5MHz、5.5MHz、10MHz、24MHz、30MHz的频率响应曲线。图5中曲线分别是IF为70MHz，带宽为30MHz、IF为140MHz，带宽为30MHz、IF为190MHz，带宽为48MHz、IF为300MHz，带宽为100MHz、IF为340MHz，带宽为100MHz、IF为390MHz，带宽为200MHz、IF为440MHz，带宽为100MHz的频率响应曲线。从图4中可以看出，本发明的滤波器能够实现1MHz的带宽，实现高精度的带宽控制，也可以实现30MHz的带宽，理论上可以实现IF频率为70MHz，带宽为1～30MHz中的任意值的带通滤波，绝大多数射频芯片的中频输出都为70MHz，本发明的滤波器能够实现很好选择滤波，且能满足各种需求。从图5中可以看出，本发明的滤波器理论上可以实现IF中心频率70MHz到500MHz之间的变换，带宽由30MHz到200MHz之间的任意切换，即可实现宽带滤波，又可以实现高精度滤波，并且调节范围广，能适用各种中频滤波需求。

Claims

1.一种基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器，其特征在于，所述的带通滤波器包含基于切比雪夫Ⅱ型的N级带通滤波单元Filter11、Filter12···Filter1n，M级低通滤波单元Filter21、Filter22···Filter2m，L级高通滤波单元Filter31、Filter32···Filter3l，其中N≥1，M≥1，L≥1，所述的滤波器包括两个输入端IP、IN和两个输出端OP、ON，所述的滤波器的IP端与Filter11的IP端相连、所述的滤波器的IN端与Filter11的IN端相连，Filter11的OP端与Filter12的IP端相连，Filter11的ON端与Filter12的IN端，依次类推，Filter12···Filter1n、Filter21、Filter22···Filter2m、Filter31、Filter32···Filter3l均依次相连，前一个滤波单元的OP端连接后一个滤波单元的IP端，前一个滤波单元的ON端连接后一个滤波单元的IN端，Filter3l的OP端连接所述的滤波器的OP端，Filter3l的ON端连接所述的滤波器的ON端。

2.根据权利要求1所述的基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器，其特征在于，所述的带通滤波单元包括可调电阻R111、R112、R1K1、R1K2、R1K3、R1K4、R121、R122，可调电容C121、C122、C123、C124和运算放大器OP-AMP1、OP-AMP2，其中可调电阻R111与R112阻值相等，R121与R122阻值相等，R1K1与R1K2、R1K3以及R1K4阻值相等；可调电容C121与C122、C123以及C124容值相等。其电路连接如下：

3.根据权利要求1或2所述的基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器，其特征在于，所述的低通滤波单元包括可调电阻R311、R312、R1K5、R1K6、R1K7、R1K8、R321、R322，可调电容C311、C312、C321、C322、C323、C324和运算放大器OP-AMP5、OP-AMP6，其中可调电阻R311与R312阻值相等，R321与R322阻值相等，R1K5、R1K6、R1K7以及R1K8阻值相等，可调电容C321、C322、C323以及C324容值相等，C311与C312容值相等。它们的电路连接如下：

4.根据权利要求3所述的基于切比雪夫Ⅱ型的可调谐有源RC带通滤波器，其特征在于，所述的高通滤波单元的电路结构与所述的低通滤波单元相同。