CN1260635A - 消除直流分量的方法和利用该方法获得的滤波装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消除来自一个电子信号的DC分量的方法,所述方法包括:构成一个滤波器,使得该滤波器的传输特性能够在被称之为截止频率的一个预定频率处提供至少一个零;提供所述传输特性的一个位移,其位移量等于所述截止频率的绝对值;使所述电子信号流经如此获得的滤波器。利用这种方法获得的滤波装置能够被很容易地集成和提供很小的依赖于时间的惯性。本发明可用于无线电信号接收。

Description

消除直流分量的方法和利用 该方法获得的滤波装置

本发明涉及一种试图限制电子信号中DC分量的滤波装置。

这种滤波装置当前被用于电视机或无线电话之类接收无线电信号的装置中。这种装置通常包括一个在天线端设置的接收电路和试图保证无线电信号的接收以及输出表示信号的电子信号的传送的滤波器系统，接收电路包括：

·一个连接到天线和滤波器系统的输出端并试图传送经过放大的电子信号的放大器，

·一个具有连接到放大器的输出端的第一输入端、试图接收来自本机震荡器的一个信号的第二输入端和一个输出端的混频器，和

·具有连接到混频器的输出端的一个输入端和试图传送频率解调的音频信号的输出端的解调器。

混频器的输出和解调器的输出经常是成双成对的，以便分别传送和接收转像差具有相同形状的信号对。由于无线电信号的初始幅值很低，所以，包括在上述接收电路中的元件通常被用于相当大地放大它们所处理的信号。如果被上述元件之一处理的信号是一个DC分量，这个分量也将被放大，由此引起包含被信号传输的有用信息的被处理信号AC信号的相当大的位移。这种移位可能引起用于放大被处理信号的输出级的饱和或用于接收被放大信号的元件的输入级的饱和和由此引起信号的峰值限制，从而导致不可接受的它所表示的信息的变化。

因此，在上述用于接收无线电信号的装置中，为了消除来自混频器输出信号的DC分量，经常在混频器和解调器之间插入一个滤波装置。用于这个目的的滤波器经常是由电阻器和电容器形成的高通滤波器，这些滤波器的阈值频率低于它们通过信号的频率，阈值频率被选择得低于具有固定值的混频器输出信号的AC分量的频率并称之为中间频率。

这种高通滤波器的使用具有相当大的缺点。中间频率的值通常是10或100kHz的一个数量级，对于阈值频率来讲，通常选择1kHz数量级的值用做截止频率。当这个值相对较低时，高通滤波器的实现就需要一个具有1毫微法数量级的相对高值的电容器。在当前集成电路技术状态下，这种电容器仅能以离散形式实现，这意味着上述高通滤波器的使用对实现该接收电路的集成是一个障碍，但是，从减少电路的笨重和成本的角度来看，这种高通滤波器又是希望的。此外，包括高值电容器的高通滤波器具有很长的时间常数并因此能够将相当大的依赖于时间的惯性引入到接收电路的内部。在根据GSM或TDMA标准的无线电话中，接收电路仅在一个短暂的周期内起作用，在这个短暂的周期内，电路被用于保证一个数据包的接收，在此接收之后，它将被再次去激活。接收电路每次被激活之后将执行相位的初始化，在此之后，接收才是可能的。由包括在高通滤波器中的高值电容器所引起的依赖于时间的惯性在相位初始化期间的增加是以分配给用于接收数据包的电路的时间间隔为代价的。而这对于接收电路的适当操作是有害的。最后，考虑到中间频率，通过使信号对称，混频器输出信号的频率解调不会受到干扰。因此，接收电路尽可能多地提供围绕中间频率的对称传输特性。高通滤波器的传输特征对称地围绕零频率，从而引起传输电路的传输特性相对于中间频率具有相当大的对称性，这对于电路的适当操作也是不希望的。

本发明的一个目的是通过建议一种其依赖时间的惯性比现有技术的滤波装置小并能够保持接收电路相对于中间频率的传输特性的对称性的可集成滤波装置来克服现有技术的缺点。

根据本发明的滤波装置具有用于分别接收第一和第二输入信号的第一和第二输入端、第二输入信号与第一输入信号相同但与第一输入信号相位相差90°，和具有用于分别传送第一和第二输出信号的第一和第二输出端，第二输出信号与第一输出信号相同但与第一输出信号相位相差90°，其特征是装置包括：

·被安置在第一输入端和第一输出端之间、包括N个电容元件Ci(i＝1-N)的第一椭圆滤波器，滤波器的传输特性使得它能够在被称之为截止频率的一个预定频率处提供至少一个零，

·被安置在第二输入端和第二输出端之间并与第一椭圆滤波器相同的第二椭圆滤波器，和

·N个旋转器Gi(i＝1-N)，其中的每个旋转器并联连接在第一和第二椭圆滤波器的相应电容元件Ci(i＝1-N)之间，设计旋转器以使得当它的移位F范围等于截止频率的绝对值时滤波装置具有与第一和第二椭圆滤波器相同的传输特性。

在这种滤波装置中，通过选择相对高值的截止频率，可以很容易地使用低通滤波器。这样，旋转器可以提供滤波装置传输特性的移位。此外，如在下面可以看到的，这个传输特性恢复与由滤波器的零引起的干扰以外的带通滤波器对应的形状。由此大大保存了根据本发明滤波装置传输特性的对称性。

在本发明的一个特定实施例中，上述滤波装置的特征是当每个旋转器Gi(i＝1-N)具有跨导gi和分别用于接收第一和第二电流Ili和I2i的第一和第二输入端、用于分别传送第一和第二电流I1i和I2i的第一和第二输出端、和旋转器试图开发位于它的第一输入端和输出端之间的第一电压V1i和位于它的第二输入端和输出端之间的第二电压V2i时，每个旋转器的性能由下述关系规定：

Ili＝gi.V2i和I2I＝-gi.V1i和

gi＝2I1.Fc.Ci，其中，Fc是截止频率的绝对值。

旋转器的这个结构使得能够很容易地获得滤波装置传输特性的零的位移，从而使得这个零对应于零频率。

在本发明的最佳实施例中，包括在第一和第二椭圆滤波器中的所有电容元件Ci(I＝1-N)具有相同的标定值，和所有的旋转器Gi(I＝1-N)彼此是相同的。

所有电容器标定值相同的事实和旋转器彼此相同的事实使得能够减少由于滤波装置制造处理缺陷的干扰，理论上，缺陷对于旋转器和所有的电容器具有相同的影响。选择相同标定值的电容元件Ci使得能够获得流经滤波装置的信号的动态性能的一致性。最后，这种选择使得可以简化和最佳化设计和包括该滤波装置的集成电路的平面布置，从而减少了尺寸和成本。

如在上面所解释的，在一个无线电信号接收电路中使用根据本发明的滤波装置是特别有益的。因此，本发明也涉及了无线电话装置，该装置包括：

·用于保证无线电信号的接收和在一个输出端上传送表示信号的一个电子信号的天线和滤波器系统，

·连接到天线和滤波器系统的输出端上的一个放大器，用于在一个输出端上传送经过放大的电子信号，

·混频器，具有连接到放大器的输出端上的第一输入端、用于接收来自一个本机震荡器的信号的第二输入端，和用于传送具有被称之为截止频率的经过混频的频率的信号的输出端，和

·解调器，具有连接到混频器的输出端上的一个输入端和用于传送被解调音频信号的输出端，

装置的特征是它还包括上述滤波装置，当包括在滤波装置中的椭圆滤波器具有与它们截止频率相关的中间频率时，上述滤波装置被插入在混频器和解调器之间。

最后，从最广泛的方面来讲，本发明涉及一种消除来自电子信号的DC分量的方法，方法包括：

·制造滤波器，使得它的传输特性能够在被称之为截止频率的一个预定频率处提供至少一个零，

·提供传输特性的一个位移，该位移的长度等于截止频率的绝对值，

·使电子信号流经如此获得的滤波器。

通过借助非限制性的例子结合后述实施例，本发明的这些和其它方面将变的更加明显。

在附图中：

图1是部分的描述了包括根据本发明的滤波装置的无线电话装置的功能性图，

图2的电路图描述了根据本发明的滤波装置，

图3的电路图描述了根据本发明一个特定实施例的部分滤波装置，

图4的曲线示出了包括在根据本发明的滤波装置中的一个椭圆滤波器的传输特性，和

图5的曲线示出了根据本发明的一个滤波装置的传输特性。

图1简要地示出了一个无线电话，这个装置包括安置在用于保证一个无线电信号的接收和在一个输出端上传送表示信号的电子信号的一个天线和滤波器系统AF的一端处的接收电路。接收电路包括：

·一个连接到天线和滤波器系统AF的输出端并用于在一个输出端上传送经过放大的电子信号Vfr的放大器LNA，

·一个具有连接到放大器LNA的输出端上的第一输入端、用于接收来自本机震荡器VCO的信号的第二输入端和一个输出端的混频器MX，和

·一个具有连接到混频器MX的输出端上的输入端和一个用于传送经过解调的音频信号Sout的输出端的解调器DEM。

混频器MX的输出和解调器DEM的输入是一对，分别用于传送和接收具有相移90°但形状相同的多对信号(VinI，VinQ)和(VoutI，VoutQ)以及被称之为中间频率的一个频率FI。由于无线电信号低初始幅值，所以，包括在上述接收电路中的元件相当大地放大它们所处理的信号。为了减小将改变由信号传输的信息并流经接收电路的信号在间隔和峰值方面受到限制的风险，滤波装置被插入到混频器MX和解调器DEM之间以消除来自混频器MX的输出信号(VinI，VinQ)的DC分量。

图2的电路示出了一个易于积分的滤波装置FD，它的依赖于时间的惯性小于已知滤波装置的惯性，和对接收电路传输特性的对称性的干扰被减小。这个滤波装置FD具有用于分别接收第一和第二输入信号VinI和VinQ的第一和第二输入端，第二输入信号VinQ与第一输入信号VinI相同但相位与第一输入信号相差90°，该滤波装置FD还具有用于分别传送第一和第二输出信号VpuI和VoutQ的第一和第二输出端，第二输出信号VoutQ与第一输出信号VoutI相同但相位相差90°。这个滤波装置FD包括第一椭圆滤波器EF1，椭圆滤波器EF1包括安置在第一输入端和第一输出端之间的第三阶无源滤波器。这个无源滤波器是由第一和第二电阻器R1和R2、第一和第二电容器C1和C2以及安置在第一和第二电容器C1和C2之间的一个电感器L形成的。在该实施例的这个例子中，滤波器EF1是通过并联连接到电感L的第三电容器C3椭圆地提供的，从而建立一个串联连接到流经滤波器EF1的信号路径的并联L-C电路。在另外的一个实施例中，可以选择将串联L-C电路并联连接到流经滤波器EF1的信号的路径上。这里的椭圆滤波器EF1具有能够在被称之为截止频率的一个预定频率处示出至少一个零的传输特性。滤波装置FD包括安置在第二输入端和第二输出端之间并与第一椭圆滤波器EF1相同的第二椭圆滤波器EF2，以及其中的每一个都被并联连接在第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2的两个相应电容元件C1和C2之间的两个旋转器G1和G2。当其移位范围等于截止频率的绝对值Fc时，旋转器的结构可以使滤波装置FD具有与第一和第二椭圆滤波器类似的传输特性。旋转器对于本技术领域内的普通技术人员来讲是一种公知的元件和它们可能的实施例是多种多样的。每个旋转器Gi(i＝1或2)具有跨导gi并具有用于分别接收第一和第二电流I1i和I2i的第一和第二输入端和用于分别传送第一和第二电流I1i和I2i的第一和第二输出端。当利用Ili＝gi.V2i和I2i＝-gi.VIi的关系可以规定每个旋转器的特性时，旋转器Gi被用于开发位于它的第一输入端和输出端之间的第一电压V1i和位于它的第二输入端和输出端之间的第二电压V2i。这种旋转器的这个实施例的优点在于它能够以有源元件组合的形式被集成，正如L’Ecol Polytechnique de Lausanne在“用于无线通信系统的RFIC设计”中所公开的。根据图2，滤波装置FD包括与第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2的第三电容器C3并联的另一个旋转器GL。这个旋转器GL非常复杂并不同于第一和第二旋转器G1和G2并形成了单独描述的目标。

图3描述了电感器L和这个复杂旋转器GL的实施例。这个单独描述的目的在于减少附图的密度，以便于理解形成滤波装置FD的各个部分。为清楚起见，在附图中没有示出第一和第二电阻器R1和R2以及第一和第二旋转器G1和G2。在这里描述的实施例中，每个电感器L是以并联连接到第四电容器C4的两个旋转器GL1和GL2的形式实现的。这个实施例对于本专业技术领域内的普通技术人员来讲是公知的并且它的目的是便于以第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2的电感L的集成形式加以实现。第三旋转器G3被并联连接在第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2的第三电容器C3之间，第四旋转器G4被并联连接在第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2的第四电容器C4之间。这样，一个旋转器就被并联连接第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2的每对相应的电容元件之间。

第一、第二、第三和第四旋转器Gi(i＝1-4)具有这样一种结构，这种结构使得当它们的移位范围等于截止频率的绝对值时，滤波装置FD具有与第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2类似的传输特性。选择gi＝2.I1.FcCi(i＝1-4)的本发明的一个特定实施例使得容易获得这种移位。在本发明的最佳实施例中，包括在第一和第二椭圆滤波器EF1和EF2中的所有电容元件Ci(i＝1-4)都具有相同的标定值，实现频移的所有旋转器Gi(i＝1-4)彼此相同。

借助于举例，如果选择截止频率Fc的值等于100kHz数量级的中间频率的值，那么在结合图1和图2描述的实施例中电容器Ci将具有1微微法数量级的标定值，和跨导gi将是1微西门子的数量级。这种电容器可以被很容易集成并且对于滤波装置不会引起大的依赖时间的惯性，如果滤波装置包括的电阻器处于100干欧姆的数量级，那么，该滤波装置的时间常数将处于1微秒的数量级。

图4示出了一个传输特性t(EF)，它描述了作为上述任意椭圆滤波器的频率函数的增益的变化。这个图还以虚线描述了第三阶滤波器将会具有的传输特性t(PF)的形状。该图还以点划线描述了用于消除DC分量的高通滤波器将会具有的传输特性t(HPF)的形状。在频率Fc处，传输特性t(EF)示出了由于与流经椭圆滤波器的信号路径串联的并联L-C电路的存在而建立的一个零。这个零是通过在频率-Fc处的负频率域中的对称而发现的。除了这个零之外，传输特性t(EF)与具有一个带通滤波器的对称形状的传输特性t(PF)重新结合。

图5示出了一种传输特性t(FD)，该传输特性描述了在根据本发明的滤波装置中作为频率函数的增益的变化。这种特性t(FD)具有类似于先前椭圆滤波器传输特性的形状，但是，由于旋转器和因此而在零频率处存在的一个零，上述特性具有变化的频移+Fc。这保证了利用根据本发明的滤波装置对来自经过滤波装置的信号的DC分量的消除。在这例子中，如果执行一个选择以使得在频率增加的方向上产生一个位移，那么，也可以在相反的方向上很容易地实现一个位移和保证滤掉DC分量。传输特性t(FD)相对于将被在中间频率优先选择的截止频率的对称然后将会在不是其传输特性t(PHF)围绕零频率对称的高通滤波器的情况下被大大地保护起来。

Claims (5)

1.一种消除来自电子信号的DC分量的方法，包括；

·构成一个滤波器，使得它的传输特性能够在被称之为截止频率的一个预定频率处提供至少一个零；

·提供所述传输特性的一个位移，其位移量等于所述截止频率的绝对值；

·使所述电子信号流经如此获得的滤波器。

2.一种具有用于分别接收第一和第二输入信号的第一和第二输入端的滤波装置，所述第二信号与所述第一信号相同但是相位与所述第一信号相差90°、并具有用于分别传送第一和第二输出信号的第一和第二输出端、所述第二输出信号与所述第一输出信号相同但是相位与所述第一输出信号相差90°，其特征是所述装置包括：

·第一椭圆滤波器，包括被安置在所述第一输入端和第一输出端之间的多个电容元件Ci(i＝1-N)，所述滤波器的传输特性使得它能够在被称之为截止频率的一个预定频率处提供至少一个零；

·第二椭圆滤波器，该滤波器与所述第一椭圆滤波器相同并被安置在所述第二输入端和所述第二输出端之间；和

·N个旋转器Gi(i＝1-N)，每个旋转器被并行连接在所述第一和第二椭圆滤波器的两个相应电容元件之间，所述旋转器的设计使得当其移位范围等于所述截止频率的绝对值时所述滤波装置具有与所述第一和第二椭圆滤波器类似的传输特性。

3.根据权利要求2所述的滤波装置，其特征是当每个旋转器Gi(i＝1-N)具有跨导Gi和分别用于接收第一和第二电流Ili和I2i的第一和第二输入端，以及分别用于传送所述第一和第二电流Ili和I2i的第一和第二输出端、和所述旋转器试图开发在它的第一输入端和输出端之间的第一电压和在它的第二输入端和输出端之间的第二电压时，每个旋转器的特性由下述关系规定：

I1i＝gi.V2i和I2I＝-gi.V1i，和

gi＝2.I1.Fc.Ci，其中，Fc是所述截止频率的绝对值。

4.根据权利要求3所述的滤波装置，其特征是当包括在所述第一和第二椭圆滤波器中的所有电容元件Ci(i＝1-N)具有相同的标定值时，所有的旋转器Gi(i＝1-N)都是相同的。

5.一种无线电话装置，包括：

·用于保证无线电信号的接收和在一个输出端上传送表示所述信号的电子信号的天线和滤波器系统；

·用于在一个输出端上传送经过放大的电子信号并连接到所述天线和滤波器系统的输出端上的一个放大器；

·具有连接到所述放大器的输出端上的第一输入端、用于接收来自一个本机震荡器的信号的第二输入端和用于传送被称之为中间频率并具有固定频率的一个信号的输出端的混频器；和

·具有连接到所述混频器的输出端的一个输入端、和用于传送被解调的音频信号的解调器，

其中，所述装置的特征在于，它还包括一个如上所述的滤波装置，当包括在所述滤波装置中的所述椭圆滤波器具有与它们截止频率相关的中间频率时，该滤波装置被插入到所述混频器和所述解调器之间。

Images