CN1656678A

CN1656678A - 镜像干扰抑制二次滤波器

Info

Publication number: CN1656678A
Application number: CN03812278.2A
Authority: CN
Inventors: K·宇都宫; T·卡马塔
Original assignee: RfStream Corp
Current assignee: RfStream Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2005-08-17
Also published as: EP1514346A2; AU2003237298A8; WO2003103131A2; WO2003103131A3; US7116961B2; JP2005536080A; US20050143039A1; AU2003237298A1

Abstract

将镜像干扰抑制二次滤波器调谐以将在宽带上的镜像频率滤波。在一种实施方式中，镜像干扰抑制滤波器包括同相和正交相位混频器。镜像干扰抑制具有分数传输函数。镜像干扰抑制滤波器具有两个分支电路，其中第一分支电路产生传输函数的虚数部分并且第二分支电路产生传输函数的实数部分。第一分支电路接收Q信号，并且第二分支电路接收I信号。在一种实施方式中，为了生成分数传输函数，使用多反馈环路积分器。

Description

镜像干扰抑制二次滤波器

相关申请的交叉引用

本申请要求2002年5月29日提交的，标题为“Image RejectionQuadratic Filter(镜像干扰抑制二次滤波器)”，申请号为60/384,283的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明直接涉及滤波器领域，尤其涉及镜像干扰抑制陷波滤波器。

背景技术

通常，接收机使用滤波器调整输入信号和在内部产生的参考信号。例如，带通滤波器、陷波滤波器，和低通滤波器都是在接收机内使用的滤波器的类型。滤波器的频率响应是指对滤波器调整信号输入的滤波器的特性。例如，带通滤波器可以衰减横跨高于和低于滤波器中心频率的预定频带的输入信号。滤波器被设计为基于一个或更多电路参数来表现频率响应。

一些接收机被设计成处理具有一定输入载频范围的输入信号(例如，宽带接收机)。例如，电视接收机必须能处理载频范围为55MHz-880MHz的输入电视信号。一种用于定义滤波器的频率响应的电路参数是输入信号的载频。

图1说明了镜像干扰抑制混频器的一种实施方式，包括电阻-电容(“RC”)滤波输出。如图1所示，将信号输入(例如，RF输入)到同相(“I”)混频器110和正交相位(“Q”)混频器120中。同样，在本机振荡器(“LO”)端口，对(“I”)混频器110和正交相位(“Q”)混频器120的输入是一个本机振荡器信号。

如图1所示，将I信号和Q信号分别输入电阻140和电容130中。RC滤波器的传输函数可以表示为

A = \frac{1 + (- j) \times S}{1 + S} = \frac{(1 + Z)}{(1 + S)}

其中，

S＝jwCr

S＝j×Z＝j×W/Wo

图2说明了图1的现有技术的镜像干扰抑制混频器的频率响应。将图2的频率响应归一化。在-1处的镜像频率被衰减，并且期望的频率范围是滤波器传输频带的一部分。归一化响应的传输函数可以表示为：

\frac{(1 + X)}{\sqrt{1 + X^{2}}}

按照惯例，解调后镜像干扰抑制混频器应用基带上的单个陷波。当期望信号具有相对的宽带时，镜像干扰抑制单陷波只能移动一个镜像频率点。换言之，单陷波不能移动一个期望带宽。因此，常规的镜像干扰抑制混频器需要多级下变换。

发明内容

镜像干扰抑制二次滤波器可以被调谐以将在宽带上的镜像频率滤波。在一种实施方式中，镜像干扰抑制滤波器包括同相位和正交相位混频器。镜像干扰抑制具有分数传输函数。镜像干扰抑制滤波器的传输函数具有如下特性：

非递归分子和递归分母；

分子和分母是多项式方程；

分子只包括实数项并且分母只包括虚数项，或者分子只包括虚数项并且分母只包括实数项；

所述分子和分母具有相同的符号，以便可以将分子分解成具有更多零点的因子；

传输函数是二阶多项式或更高；和

选择分子的多项式的系数以使分子在实数上是可分解的。

镜像干扰抑制滤波器具有两个分支电路，其中第一分支电路产生传输函数的虚数部分，并且第二分支电路产生传输函数的实数部分。第一分支电路接收Q信号，并且第二分支电路接收I信号。在一种实施方式中，为了生成分数传输函数，使用多反馈环路积分器。

附图说明

图1说明包括电阻-电容(“RC”)滤波输出的镜像干扰抑制混频器的一种实施方式；

图2说明了图1的现有技术的镜像干扰抑制混频器的频率响应；

图3是一个二阶镜像干扰抑制混频器的实施方式的示意图；

图4说明具有分极(split pole)的二阶镜像干扰抑制滤波器的一种实施方式；

图5说明具有同样两极点的二阶镜像干扰抑制滤波器的另一种实施方式；

图6是一个三阶镜像干扰抑制混频器的实施方式的示意图；

图7说明三阶镜像干扰抑制滤波器的频率响应的一种实施方式；

图8是四阶镜像干扰抑制混频器的一个实施方式的示意图；

图9说明四阶镜像干扰抑制滤波器的频率响应的一种实施方式；

图10是说明四阶镜像干扰抑制混频器的另一个实施方式的示意图；

图11是图10的四阶镜像干扰抑制滤波器的频率响应的一种实施方式。

具体实施方式

2002年5月29日提交的，标题为“镜像干扰抑制二次滤波器”，申请号为60/384,283的美国临时专利申请的公开内容在此专门结合作为参考。

“镜像信号”是混频器的产物。镜像信号产生于RF信号和本机振荡信号的混频。例如，将基频为880MHz的RF输入信号与频率为660MHz的本机振荡器信号混合以在220MHz上产生一次谐波(RF(880MHz)-LO(660MHz)＝220MHz)。接下来，集中在220MHz附近的该一次谐波与660MHz的本机振荡器频率混合以生成440MHz的镜像。为了电路的正确工作需要抑制该镜像频率。

在一种实施方式中，用镜像干扰抑制二次滤波器来抑制镜像信号。镜像干扰抑制二次滤波器基于RF信号的输入信道被调谐。在一种实施方式中，对镜像干扰抑制二次滤波器调谐以在110MHz和440MHz之间(即用于镜像频率的频率带宽)的频率范围中对RF信号滤波。镜像干扰抑制二次滤波器在镜像频率上衰减RF信号。在与本申请一起提交的序列号为[邮寄号：EV 321687248 US]，标题为“Methods and Apparatusfor Tuning Using Succesive Approximation(用逐次近似法调谐的方法和设备)”，发明人为Lance M.Wong的美国申请中，公开了包括RC滤波器的用于调谐滤波器的一种实施方式，在此特别引用作为参考。

图3是说明二阶镜像干扰抑制混频器的实施方式的示意图。如图2所示，将信号(例如，RF输入)输入到同相(“I”)混频器320和正交相位(“Q”)混频器310中。同样，在本机振荡器(“LO”)端口，对(“I”)混频器320和正交相位(“Q”)混频器310的输入是本机振荡器信号。将产生于例如压控振荡器的发射器的本机振荡器信号相移以生成本机振荡器信号的同相分量和正交相位分量。将同相和正交相位LO分量分别输入同相(“I”)混频器320和正交相位(“Q”)混频器310中。同相(“I”)混频器320和正交相位(“Q”)混频器310生成混频的I信号和Q信号。

对于该实施方式，二阶镜像干扰抑制混频器包括大量跨导放大器。跨导放大器由晶体管(例如，双极晶体管)，电容和电阻组成。如图3所示，从I混频器320中输出的I混频信号输入晶体管380的基极。晶体管380的发射极连接晶体管380的电阻376。第一跨导放大器还包括第二晶体管390。晶体管390的发射极连接电阻372，并且集电极连接电容340。电容340具有“C1”的电容量，并且连接电容340以接收Q混频器310的输出。

电容340还将Q混频器310的输出连接到第二跨导放大器的输入端(即，晶体管370的输入端)。第二跨导放大器生成传输函数的虚数部分。第二跨导放大器包括晶体管370和365，以及电阻368和374。在反相器330中将I混频器320的输出反相，用于接着输入电容350。电容350具有设定为“C2”的值。晶体管360在其基极接收电容350的输出。电路300如图3所示以电流源(current source)偏压。镜像干扰抑制混频器300的输出在图3上标识为“A”。

图3的二阶镜像干扰抑制滤波器300具有如下的传输函数：

A = \frac{1 + j \times S 1 \times S 2}{1 + S 1 + S 1 \times S 2}

= \frac{(1 + Za) \times (1 + Zb)}{(1 + Sa) \times (1 + Sb)}

其中，

S1＝jwC1R

S2＝jwC2R

传输函数的分子是实数，但是传输函数的分母是复数。同样：

1+S1+S1×S2＝(1+Sa)×(1+Sb)

Sa＝j×Za＝j×W/Wa

Sb＝j×Zb＝j×W/Wb

电容值C1对应电容340(图3)，和电容值C2对应电容340。电阻376，372，374，和368的电阻值是R。

图4说明了具有分极的二阶镜像干扰抑制滤波器的一种实施方式。该实施方式的归一化传输函数如下：

\frac{(1 + X) (1 + 0.25 X)}{\sqrt{1 + X^{2} \sqrt{1 + {(0.25 X)}^{2}}}}

对于该实施方式，对应电容340(图3)的电容值C1是1.25Co，且对应电容340的电容值C2是0.2Co。值Co对应值“C”在“-1”将镜像归一化。

图5说明了具有同样两极点的二阶镜像干扰抑制混频器的另一种实施方式。如图5所示，频率的期望频带(例如，电视信道)集中在“+1”附近，且来自I，Q混频器的镜像集中在“-1”附近。对于该实施方式，该实施方式的归一化传输函数如下：

\frac{{(1 + X)}^{2}}{1 + X^{2}}

对于该实施方式，电容值C1是2Co，且电容值C2是0.5Co。

图6是一个三阶镜像干扰抑制混频器的实施方式的示意图。如图6所示，将信号输入同相(“I”)混频器620和正交相位(“Q”)混频器610。在本机振荡器(“LO”)端口将本机振荡器信号输入同相(“I”)混频器620和正交相位(“Q”)混频器610中。将本机振荡器信号相移以产生本机振荡器信号的同相分量和正交相位分量(例如，x1和xj)。I混频器620和Q混频器610生成混频I信号和Q信号。

对于这个实施方式，三阶镜像干扰抑制混频器包括多级联跨导放大器。如图6所示，将从I混频器620输出的I混频信号输入第一跨导放大器。具体地，将I混频信号输入晶体管654的基极，且晶体管654的发射极连接电阻670。晶体管660的发射极连接电阻680，并且集电极连接电容652。电容652具有“3Co”的电容量。连接电容652以接收Q混频器610的输出。

电容652还将Q混频器610的输出端连接到第二跨导放大器的输入端(即，晶体管650的基极)。第二跨导放大器给传输函数提供虚数部分。第二跨导放大器包括晶体管650和644，电阻646和648，和电容651。在反相器640中反相I混频器620的输出用于接着输入到电容651。电容651具有设定为“Co”的值。

三阶镜像干扰抑制混频器还包括第三跨导(gm)放大器。第三跨导放大器也给传输函数提供虚数部分。对于这个实施方式，第三跨导放大器包括晶体管642和638，电阻634和636，和电容665。电容665具有设定为“Co/3”的值。在反相器630中反相Q混频器610的输出接着输入到电容665中。晶体管638的发射极连接电阻634，并且集电极连接电容665。晶体管632在其基极接收电容665的输出。镜像干扰抑制混频器600的输出端连接晶体管632的发射极。镜像干扰抑制混频器600的输出驱动晶体管638，644和660的基极。如图6所示，用电流源偏压三阶镜像干扰抑制响应电路600。

图6的三阶镜像干扰抑制滤波器600具有如下的传输函数：

A = \frac{1 + j \times 3 S - 3 S \times S - j \times 31 \times S \times S / 3}{1 + 3 S + 3 S \times S + 3 S 1 \times S \times S / 3}

= \frac{(1 + Z) \times (1 + Z) \times (1 + Z)}{(1 + S) \times (1 + S) \times (1 + S)}

其中，

S＝jwCR

电容值C对应在电容652，651，665(图6)中“C”标号。电阻值R是电阻670，680，648，636和634的值。

图7说明三阶镜像干扰抑制滤波器的频率响应的实施方式。将图7的频率响应图归一化。如图7所示，信号的频率的期望频带集中在“+1”附近，且来自I，Q混频器的镜像集中在“-1”附近。对于这个实施方式，该实施方式的归一化的传输函数如下：

\frac{{(1 + X)}^{3}}{{(1 + X^{2})}^{3 / 2}}

图8是四阶镜像干扰抑制混频器的一个实施方式的示意图。将输入信号输入同相(“I”)混频器802和正交相位(“Q”)混频器804。将本机振荡器信号相移以产生同相分量(x1)和正交相位分量(xj)。在每个各自的本机振荡器(“LO”)端口将本机振荡器信号(x1)输入同相I混频器802，和将本机振荡器信号(xj)输入正交Q相位混频器610中。I混频器620和Q混频器610生成混频I和Q信号。

对于这个实施方式，四阶镜像干扰抑制混频器包括一系列跨导放大器。如图8所示，将从I混频器620输出的I混频信号输入第一跨导放大器。第一跨导放大器包括晶体管852和843。将I混频信号输入晶体管852的基极，且晶体管852的发射极连接电阻850。晶体管843的发射极连接电阻842，并且集电极连接电容854。电容854的电容量是“4Co”的值。连接电容652以接收Q混频器804的输出。

电容854还将Q混频器804的输出连接到第二跨导放大器的输入端。第二跨导放大器包括晶体管838和832，电阻840和836，和电容830。在反相器828中反相I混频器802的输出，以接着输入电容830。电容830具有设定为“1.5Co”的值。

四阶镜像干扰抑制混频器还包括第三跨导(gm)放大器。对于这个实施方式，第三跨导放大器包括晶体管826和820，电阻824和822，和电容818。在反相器840中反相Q混频器804的输出，以接着输入到电容818。晶体管826的发射极连接电阻824。晶体管820的发射极连接电阻822并且集电极连接电容818。

对于这个实施方式，四阶镜像干扰抑制混频器还包括第四跨导(gm)放大器。第四跨导放大器包括晶体管812和815，电阻814和810，和电容817。晶体管812在其基极接收电容818的输出。将I混频器802的输出输入电容817。晶体管812的发射极连接到电阻814。晶体管815的发射极连接到电阻810，并且集电极连接电容817。镜像干扰抑制混频器800的输出端连接到晶体管808的发射极。镜像干扰抑制混频器800的输出驱动晶体管843、832、820和815的基极。

图8的四阶镜像干扰抑制混频器800具有如下的传输函数：

A = \frac{1 + j \times 4 S - 4 S \times 1.5 S - j 4 S \times 1.5 S \times S / 1.5 + 4 S \times 1.5 S \times S / 1.5 \times S / 4}{1 + 4 S + 4 S \times 1.5 S + 4 S \times 1.5 S \times S / 1.5 + 4 S \times 1.5 S \times S / 1.5 \times S / 4}

= \frac{(1 + Z) \times (1 + Z) \times (1 + Z) (1 + Z)}{(1 + S) \times (1 + S) \times (1 + S) \times (1 + S)}

其中，

S＝jwCR

分子包括实数项，并且分母包括虚数项。电容值C对应在电容854、830、818和817(图8)中“C”标号。电阻值R是电阻850、842、840、836、824、822、814和810的值。如图8所示，用电流源对四阶镜像干扰抑制响应电路800偏压。

图9说明四阶镜像干扰抑制滤波器的频率响应的实施方式。将图9的频率响应图进行归一化。如图9所示，信号的频率的期望频带集中在“+1”附近，且来自I，Q混频器的镜像集中在“-1”附近。对于这个实施方式，该实施方式的归一化的传输函数如下：

\frac{{(1 + X)}^{^} 4}{{(1 + X^{2})}^{2}}

图10是四阶镜像干扰抑制混频器的另一个实施方式的示意图。除了将电路900的分支电路调谐以生成1/Sa，1/1Sb，1/Sc和1/Sd的表达式之外，图10的电路900与图8的电路800相同，其中：

Sa＝jwCaR

Sb＝jwCbR

Sc＝jwCcR

Sd＝jwCdR

图10的四阶镜像干扰抑制滤波器900具有如下的传输函数：

A = \frac{1 + jSa - Sa \times Sb - jSa \times Sb \times Sc + Sa \times Sb \times Sc \times Sd}{1 + Sa + Sa \times Sb + Sa \times Sb \times Sc + Sa \times Sb \times Sc \times Sd}

= \frac{(1 + Z) \times (1 + Z) \times (1 + 0.25 Z) \times (1 + 0.25 Z)}{(1 + S) \times (1 + S) \times (1 + 0.25 S) \times (1 + 0.25 S)}

分子包括实数项，并且分母包括虚数项。电容值Ca、Cb、Cc和Cd对应在电容950、956、946和936(图10)中“Ca”、“Cb”、“Cc”和“Cd”的标号。电阻值R是电阻968、966、960、961、950和938的值。

图11说明图10的四阶镜像干扰抑制滤波器的频率响应的一种实施方式。将图11的频率响应图进行归一化。如图11所示，信号的频率的期望频带集中在“+1”附近，且来自I，Q混频器的镜像集中在“-1”附近。对于这个实施方式，该实施方式的归一化的传输函数如下：

\frac{{(1 + X)}^{2} {(1 + X / 4)}^{2}}{(1 + X^{2}) (1 + X / 4^{2})}

如本文所述，本发明获得了宽带镜像干扰抑制。这使得IF频率可以尽可能的低。也可以深化镜像频率的衰减。

尽管根据具体的典型实施方式说明了本发明，应该理解的是也可以由本领域的技术人员做出没有背离本发明的精神和范围的各种修改和替换。

Claims

1.一种具有分数传输函数的宽带镜像干扰抑制二次滤波器，其中

所述滤波器连接到I和Q混频器的输出端，

所述滤波器的传输函数具有非递归分子和递归分母，

所述分子和分母是多项式方程式，

所述分子只包括实数项并且所述分母只包括虚数项，或者所述分子只包括虚数项并且所述分母只包括实数项；

所述滤波器具有两个分支电路，其中第一分支电路产生所述滤波器的传输函数的虚数分量并且第二分支电路产生所述滤波器的传输函数的实数分量；

所述第一分支电路接收来自所述混频器的Q信号，并且所述第二分支电路接收I信号，

所述分子和分母具有相同的符号，以便使分子能够被分解成具有更多零点的因子。

2.根据权利要求1所述的滤波器，其中所述滤波器包括产生分数传输函数的多反馈环路积分器。

3.根据权利要求1所述的滤波器，其中所述传输函数是二阶或者更高阶多项式。

4.根据权利要求1所述的滤波器，其中选择所述分子的多项式的系数以使所述分子在实数上是可分解的。