DE102018114861A1 - Active filter for filtering common mode interference - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen aktiven Filter (1) zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen in einer zweipoligen Übertragungsleitung (3) für Differenzsignale, wobei der aktive Filter (1) galvanisch mit den beiden Übertragungsleitungen (31, 32) verbunden ist.Um einen einfach aufgebauten Filter zu schaffen der kostengünstig herstellbar ist wird vorgeschlagen, dass zwei parallel geschaltete Stromspiegel (21, 22) jeweils zwischen der positiven Übertragungsleitung (31) und der negativen Übertragungsleitung (32) geschaltet sind, wobei jeder dieser beiden Stromspiegel einen niederimpedanten Ableitpfad für entweder positive oder negative Gleichtaktstörungen bildet.The invention relates to an active filter (1) for suppressing common mode interference in a two-pole transmission line (3) for differential signals, the active filter (1) being galvanically connected to the two transmission lines (31, 32) in order to create a simply constructed filter It is proposed that it can be produced inexpensively that two current mirrors (21, 22) connected in parallel are each connected between the positive transmission line (31) and the negative transmission line (32), each of these two current mirrors forming a low-impedance discharge path for either positive or negative common-mode interference ,
Description
Die Erfindung betrifft einen aktiven Filter zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an active filter for suppressing common mode interference according to the features of the preamble of
In der Praxis werden zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen in der Regel passive Bauelemente verwendet. Insbesondere werden frequenzabhängige Netzwerke bestehend aus Drosseln und Kondensatoren eingesetzt. Diese haben jedoch den Nachteil, dass die Bauteile je nach zu filterndem Frequenzbereich ein großes Volumen aufweisen und in der Herstellung relativ kostspielig sind.In practice, passive components are generally used to suppress common mode interference. In particular, frequency-dependent networks consisting of chokes and capacitors are used. However, these have the disadvantage that, depending on the frequency range to be filtered, the components have a large volume and are relatively expensive to manufacture.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen aktiven Filter zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen zu schaffen, der bei Differenzsignalübertragungen einsetzbar ist. Der aktive Filter soll einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein. Insbesondere soll der aktive Filter richtungsunabhängig einsetzbar sein, ergänzend oder als Ersatz für eine Drossel einsetzbar sein und bei schaltungstechnisch einfachem Aufbau eine gute Störsignalunterdrückung ermöglichen.The object of the present invention is to provide an active filter for the suppression of common mode interference, which can be used in differential signal transmissions. The active filter should be simple and inexpensive to manufacture. In particular, the active filter should be able to be used regardless of the direction, can be used in addition or as a replacement for a choke and should enable good interference suppression with a simple circuit design.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen aktiven Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by an active filter with the features of
Erfindungsgemäß ist der aktive Filter zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen in einem Übertragungspfad mit einer ersten Übertragungsleitung und einer zweiten Übertragungsleitung ausgebildet, wobei der aktive Filter galvanisch mit den beiden Übertragungsleitungen verbunden ist. Wesentlich ist, dass zwischen der ersten Übertragungsleitung und der zweiten Übertragungsleitung zwei parallel geschaltete Stromspiegelschaltungen geschaltet sind und jeder dieser beiden Stromspiegelschaltungen wenigstens einen Stromspiegel aufweist, der mit einer Ableitung oder einer Mittenspannungsleitung oder einer Masseleitung verbunden ist, um Gleichtaktstörungen über die Ableitung oder die Mittenspannungsleitung oder die Masseleitung abzuleiten. Vorzugsweise ist die Ableitung eine gemeinsame Leitung, die ein definiertes Potential aufweist. Das definierte Potential der Ableitung kann beispielsweise über eine externe Spannungsversorgung festgelegt werden. Insbesondere dient die Ableitung zum Abführen von Störströmen oder Störspannungen.According to the invention, the active filter is designed to suppress common mode interference in a transmission path with a first transmission line and a second transmission line, the active filter being electrically connected to the two transmission lines. It is essential that two current mirror circuits connected in parallel are connected between the first transmission line and the second transmission line and each of these two current mirror circuits has at least one current mirror which is connected to a derivative or a center voltage line or a ground line in order to avoid common mode interference via the derivative or the center voltage line or to derive the ground line. The derivative is preferably a common line which has a defined potential. The defined potential of the derivation can be determined, for example, via an external power supply. In particular, the derivation serves to discharge interference currents or interference voltages.
Als Übertragungspfad wird eine Signalübertragungsleitung zwischen einem Sender und einem Empfänger angesehen, über die Nutzsignale zwischen Sender und Empfänger übertragen werden. Durch die Einschleifung der beiden parallelen Stromspiegelschaltungen direkt zwischen der ersten Übertragungsleitung und der zweiten Übertragungsleitung wird eine bidirektionale bzw. richtungsunabhängige Filterung erzielt. Vorzugsweise ist der aktive Filter als bidirektionaler Filter ausgebildet. D. h. der aktive Filter unterdrückt Störsignale, unabhängig von deren Ausbreitungsrichtung oder Entstehung.A signal transmission line between a transmitter and a receiver is regarded as the transmission path, via which useful signals are transmitted between the transmitter and receiver. By inserting the two parallel current mirror circuits directly between the first transmission line and the second transmission line, bidirectional or direction-independent filtering is achieved. The active filter is preferably designed as a bidirectional filter. That is, the active filter suppresses interference signals, regardless of their direction of propagation or origin.
Bei herkömmlichen Filterschaltungen sind die Eingänge und Ausgänge getrennt, so dass die Richtung der Signale und damit die Filterung der Störsignale auf eine einzige Richtung festgelegt ist, oder ein bestimmtes Frequenzverhalten vorgegeben ist. Durch die parallele Schaltung der beiden Stromspiegelschaltungen erhält man eine richtungsunabhängige oder bidirektionale Störsignalunterdrückung. Dadurch wird die Ausbreitung von Störsignalen auf dem Übertragungspfad, bzw. der Übertragungsleitung effizient unterdrückt.In conventional filter circuits, the inputs and outputs are separated, so that the direction of the signals and thus the filtering of the interference signals is fixed in a single direction, or a specific frequency response is specified. The parallel connection of the two current mirror circuits results in direction-independent or bidirectional interference signal suppression. This efficiently suppresses the propagation of interference signals on the transmission path or the transmission line.
Bei der Signalübertragung im Gegentaktverfahren (Differential-Mode) werden die Signale über zwei getrennte Signalleitungen bzw. Übertragungsleitungen im Gegentakt, also invers (um 180° phasenverschoben) übertragen. Die Signalübertragung erfolgt also über zwei Übertragungsleitungen, also über eine erste Übertragungsleitung bzw. positive Übertragungsleitung und eine zweite Übertragungsleitung oder negative Übertragungsleitung. Der Empfänger wertet die Differenz der beiden Signale aus. Falls verursacht durch Induktion oder externe elektromagnetische Felder Störungen auftreten, entstehen diese Störungen in den beiden Signalleitungen gleichmäßig d. h. nicht phasenverschoben (Gleichtaktstörungen bzw. CM also Common-Mode) und werden im Allgemeinen im Empfänger eliminiert. Um eine Ausbreitung dieser Gleichtaktstörungen (CM-Störungen) über die Signalleitung zu vermeiden werden zusätzliche Filter zur Unterdrückung von Gleichtaktstörungen (CM-Filter) eingesetzt.In the case of signal transmission using the push-pull method (differential mode), the signals are push-pull, ie inverted (by 180 °) via two separate signal lines or transmission lines out of phase). The signal is thus transmitted via two transmission lines, that is to say via a first transmission line or positive transmission line and a second transmission line or negative transmission line. The receiver evaluates the difference between the two signals. If interference occurs due to induction or external electromagnetic fields, this interference occurs evenly in the two signal lines, ie not out of phase (common mode interference or CM, i.e. common mode) and is generally eliminated in the receiver. To prevent these common mode interference (CM interference) from spreading over the signal line, additional filters are used to suppress common mode interference (CM filter).
Insbesondere kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die erste Stromspiegelschaltung einen Ableitpfad für positive Gleichtaktstörungen und die zweite Stromspiegelschaltung einen Ableitpfad für negative Gleichtaktstörungen bildet. Dadurch bildet der aktive Filter vorzugsweise einen Ableitpfad für Störsignale jeglicher Polarität mit niedriger Impedanz, und einen hochimpedanten Pfad für die Nutzsignale. Die Signalübertragung des Nutzsignals wird somit bei effizienter Störsignalunterdrückung möglichst wenig beeinträchtigt.In particular, it can be provided in one embodiment that the first current mirror circuit forms a derivation path for positive common mode interference and the second current mirror circuit forms a derivation path for negative common mode interference. As a result, the active filter preferably forms a discharge path for interference signals of any polarity with low impedance, and a high-impedance path for the useful signals. The signal transmission of the useful signal is thus impaired as little as possible with efficient interference signal suppression.
Vorzugsweise sind die beiden parallel geschalteten Stromspiegel zueinander symmetrisch angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass Störsignale gefiltert werden können, die sowohl eingangs- als auch ausgangsseitig anliegen.The two current mirrors connected in parallel are preferably arranged symmetrically to one another. This ensures that interference signals can be filtered that are present on both the input and output side.
Insbesondere werden die beiden Stromspiegelschaltungen jeweils durch dieselbe Übertragungsleitung angesteuert. Entweder werden die beiden Stromspiegelschaltungen gemeinsam durch die erste Übertragungsleitung angesteuert, oder die beiden Stromspiegelschaltungen werden gemeinsam durch die zweite Übertragungsleitung angesteuert.In particular, the two current mirror circuits are each driven by the same transmission line. Either the two current mirror circuits are driven jointly by the first transmission line, or the two current mirror circuits are jointly driven by the second transmission line.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass jede der beiden Stromspiegelschaltungen als ein Dreipol ausgebildet ist, wobei jeder Dreipol einen Eingang, einen Ausgang und einen Ableitungs- oder Mittenspannungsanschluss aufweist, und jeweils der Eingang und der Ausgang des Dreipols mit je einer der Übertragungsleitungen verbunden sind und der Ableitungsanschluss mit dem Ableitungsanschluss des anderen Dreipols verbunden ist, um die gemeinsame Ableitung zu bilden. Die Funktionsweise ist dabei wie folgt: Ein Strom an dem Eingang, Pol „IN“, fließt aufgrund der Funktionsweise der Stromspiegelschaltung in gleicher Höhe und Polarität an dem Ausgang, Pol „OUT“. Aufgrund der Knotenbedingung fließt dann ein Ableitstrom durch den Ableitanschluss Pol „COM“. Der innere Aufbau der Stromspiegelschaltung kann dabei variieren, solange die Stromspiegelschaltung die beschriebe Struktur und Funktion erfüllt. Als Stromspiegelschaltungen des Dreipols können dem Fachmann aus der Literatur bekannte Stromspiegelschaltungen wie bspw. Widlar, Kaskode, Wilson, usw. verwendet werden.It can preferably be provided that each of the two current mirror circuits is designed as a three-pole, each three-pole having an input, an output and a discharge or center voltage connection, and the input and the output of the three-pole are each connected to one of the transmission lines and the Lead connector is connected to the lead connector of the other tripole to form the common lead. The operating principle is as follows: A current at the input, pole "IN", flows due to the operating principle of the current mirror circuit at the same level and polarity at the output, pole "OUT". Due to the node condition, a leakage current then flows through the “COM” discharge connection pole. The internal structure of the current mirror circuit can vary as long as the current mirror circuit fulfills the structure and function described. Current mirror circuits such as Widlar, Kaskode, Wilson, etc., which are known to the person skilled in the art, can be used as current mirror circuits of the triple pole.
In einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass jede der beiden Stromspiegelschaltungen jeweils wenigstens zwei untereinander verbundene Transistoren aufweist, die jeweils einen Stromspiegel mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 bilden. Die Verwendung eines Übersetzungsverhältnisses von 1 ermöglicht die Verwendung eines einfachen Schaltungsaufbaus bei zugleich effizienter Signalunterdrückung.In one exemplary embodiment, it can be provided that each of the two current mirror circuits each has at least two transistors connected to one another, each of which forms a current mirror with a transmission ratio of 1. The use of a gear ratio of 1 enables the use of a simple circuit structure with efficient signal suppression at the same time.
Als Transistoren können beispielsweise bipolare Transistoren oder FET (Feldeffekt)-Transistoren oder MOS-FET's (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder J-FET's (Sperrschicht-Feldeffekttransistor), oder HEMTs (High-electron-mobility transistor) verwendet werden. Der aktive Filter kann zumindest teilweise als diskret aufgebauter Filter mit diskreten Transistoren ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann der aktive Filter auch integrierten Halbleiter oder integrierte Schaltungen, bspw. IC's aufweisen.Bipolar transistors or FET (field effect) transistors or MOS-FETs (metal oxide semiconductor field effect transistor) or J-FETs (junction field effect transistor), or HEMTs (high-electron mobility transistor) can be used as transistors. The active filter can be at least partially designed as a discrete filter with discrete transistors. As an alternative or in addition, the active filter can also have integrated semiconductors or integrated circuits, for example ICs.
Insbesondere sind die beiden Stromspiegelschaltungen symmetrisch aufgebaut. Dabei kann der Schaltungsaufbau der beiden Stromspiegelschaltungen grundsätzlich gleich sein. Insbesondere weist die symmetrisch aufgebaute Schaltung sowohl einen p-dotierten Stromspiegel auf, also einen Stromspiegel der wenigstens zwei p-dotierte Transistoren umfasst, als auch einen, dazu parallel geschalteten, n-dotierten Stromspiegel auf, also einen Stromspiegel der wenigstens zwei n-dotierten Transistoren umfasst. Also kann die erste Stromspiegelschaltung bei grundsätzlich gleichem Aufbau beispielsweise nur N-Typ Transistoren aufweisen und die zweite Stromspiegelschaltung nur P-Typ-Transistoren aufweisen, oder umgekehrt.In particular, the two current mirror circuits are constructed symmetrically. The circuit structure of the two current mirror circuits can in principle be the same. In particular, the symmetrically constructed circuit has both a p-doped current mirror, that is to say a current mirror comprising at least two p-doped transistors, and also an n-doped current mirror connected in parallel thereto, that is to say a current mirror of the at least two n-doped transistors includes. Thus, the first current mirror circuit can have, for example, only N-type transistors with basically the same structure and the second current mirror circuit can only have P-type transistors, or vice versa.
In einer möglichen Ausführungsform können die Stromspiegel FeldeffektTransistoren aufweisen. Beispielsweise weisen die beiden Stromspiegel jeweils wenigstens zwei untereinander verbundene Feldeffekttransistoren auf und der erste Stromspiegel weist zwei N-typ-Feldeffekttransistoren, vorzugsweise N-MOSFET, aufweist und der zweite Stromspiegel weist zwei P-Typ Feldeffekttransistoren, vorzugsweise P-MOSFET, aufweist. Die Verwendung von Feldeffekttransistoren hat den Vorteil, dass diese einen sehr hohen Eingangswiderstand aufweisen, so dass das am Eingang, beispielsweise am Drain-Anschluss, anliegende Signal möglichst verlustfrei und weitgehend unverändert weitergeleitet werden kann.In one possible embodiment, the current mirrors can have field-effect transistors. For example, the two current mirrors each have at least two field-effect transistors connected to one another and the first current mirror has two N-type field-effect transistors, preferably N-MOSFET, and the second current mirror has two P-type field-effect transistors, preferably P-MOSFET. The use of field effect transistors has the advantage that they have a very high input resistance, so that the signal present at the input, for example at the drain connection, can be passed on with as little loss as possible and largely unchanged.
Hierbei können die Source-Anschlüsse der vier Feldeffekttransistoren mit einer gemeinsamen, extern angelegten Mittenspannung verbunden sein. Diese dient als Ableitpfad für die Common-Mode-Störungen. Die Mittenspannung liegt dabei vorzugsweise auf dem Ruhepotential der Übertragungsleitungen, also der ersten Übertragungsleitung bzw. der zweiten Übertragungsleitung. Alternativ kann die Mittenspannung auch ein Potential aufweisen, welches zwischen den Potentialen der Übertragungsleitungen liegt. Die Mittenspannung kann bei Systemen mit symmetrischer Versorgungsspannung beispielsweise das Massepotential bilden. The source connections of the four field effect transistors can be connected to a common, externally applied center voltage. This serves as a derivation path for the common mode faults. The center voltage is preferably at the quiescent potential of the transmission lines, ie the first transmission line or the second transmission line. Alternatively, the center voltage can also have a potential which lies between the potentials of the transmission lines. In systems with a symmetrical supply voltage, the center voltage can form the ground potential, for example.
Die Drain-Anschlüsse von zweien der Feldeffekttransistoren können mit der ersten Übertragungsleitung verbunden sein und die Drain-Anschlüsse der zwei weiteren Feldeffekttransistoren können mit der zweiten Übertragungsleitung verbunden sein.The drain connections of two of the field effect transistors can be connected to the first transmission line and the drain connections of the two further field effect transistors can be connected to the second transmission line.
Dabei können beispielsweise alle Gate-Anschlüsse der vier Feldeffekttransistoren untereinander verbunden sein und entweder gemeinsam mit derselben ersten Übertragungsleitung oder gemeinsam mit derselben zweiten Übertragungsleitung verbunden sein. Somit werden die beiden Stromspiegelschaltungen durch dieselbe Übertragungsleitung angesteuert.In this case, for example, all the gate connections of the four field effect transistors can be connected to one another and either connected to the same first transmission line or to the same second transmission line. Thus, the two current mirror circuits are driven by the same transmission line.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Gate-Anschlüsse der vier Feldeffekttransistoren untereinander direkt verbunden sind und über einen Widerstand mit derselben ersten Übertragungsleitung oder mit derselben zweiten Übertragungsleitung verbunden sind. Der Widerstand kann auch durch ein frequenzabhängiges Reaktanznetzwerk gebildet oder ersetzt werden. Durch das frequenzabhängige Reaktanznetzwerk kann gezielt ein bestimmtes Frequenzverhalten des aktiven Filters eingestellt werden.It can advantageously be provided that the gate connections of the four field effect transistors are directly connected to one another and are connected to the same first transmission line or to the same second transmission line via a resistor. The resistance can also be formed or replaced by a frequency-dependent reactance network. The frequency-dependent reactance network allows a specific frequency behavior of the active filter to be set in a targeted manner.
In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die beiden Stromspiegel jeweils zwei untereinander verbundene Bipolartransistoren aufweisen. Beispielsweise kann der erste Stromspiegel npn-Transistoren aufweisen und der zweite Stromspiegel kann pnp-Transistoren aufweisen. Die Verwendung von Bipolartransistoren hat hierbei den Vorteil, dass keine störenden Gate-Source und Gate-Drain Kapazitäten vorhanden sind und somit ein schnelleres Umschalten der Transistoren bei hohen Frequenzen des Eingangssignals gewährleistet werden können.In an alternative embodiment it can be provided that the two current mirrors each have two bipolar transistors connected to one another. For example, the first current mirror can have npn transistors and the second current mirror can have pnp transistors. The use of bipolar transistors has the advantage that there are no interfering gate-source and gate-drain capacitances and thus a faster switching of the transistors at high frequencies of the input signal can be guaranteed.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Emitter-Anschlüsse der vier Bipolartransistoren mit einer gemeinsamen Ableitung oder einer Mittenspannung verbunden sind. Auch in dieser Ausführungsform dient die Mittenspannung als Ableitpfad der Common-Mode-Ströme. Die Mittenspannung liegt dabei vorzugsweise auf dem Ruhepotential der ersten Übertragungsleitung bzw. der zweiten Übertragungsleitung. Alternativ kann die Mittenspannung auch ein Potential aufweisen, welches zwischen den Potentialen der Übertragungsleitungen liegt. Die Mittenspannung kann bei Systemen mit symmetrischer Versorgungsspannung beispielsweise das Massepotential bilden.It can be provided here that the emitter connections of the four bipolar transistors are connected to a common derivative or a center voltage. In this embodiment, too, the center voltage serves as a discharge path for the common-mode currents. The center voltage is preferably at the quiescent potential of the first transmission line or the second transmission line. Alternatively, the center voltage can also have a potential which lies between the potentials of the transmission lines. In systems with a symmetrical supply voltage, the center voltage can form the ground potential, for example.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kollektor-Anschlüsse von zweien der Bipolartransistoren mit der ersten Übertragungsleitung und die Kollektor-Anschlüsse der zwei weiteren Bipolartransistoren mit der zweiten Übertragungsleitung verbunden sind.It can further be provided that the collector connections of two of the bipolar transistors are connected to the first transmission line and the collector connections of the two further bipolar transistors are connected to the second transmission line.
Weiter können alle Basisanschlüsse der vier Bipolartransistoren untereinander verbunden sein und entweder mit derselben ersten Übertragungsleitung oder mit derselben zweiten Übertragungsleitung verbunden sein. Damit wird erreicht, dass die beiden Stromspiegelschaltungen jeweils durch dieselbe Übertragungsleitung angesteuert werden.Furthermore, all base connections of the four bipolar transistors can be connected to one another and connected either to the same first transmission line or to the same second transmission line. This ensures that the two current mirror circuits are each driven by the same transmission line.
Die Funktionsweise der Ausführungsform unter Verwendung von Bipolar-Transistoren ist grundsätzlich gleich derer unter Verwendung von FeldeffektTransistoren bzw. MOSFETs. Jedoch bewirkt der Basis-Strom der Bipolartransistoren mit gleicher Stromverstärkung einen Fehler, welcher ein ungewünschtes Differential-Mode-Signal hervorruft. Dieser Fehler wird dadurch verursacht, dass bei der Verwendung von Bipolartransistoren ein Basisstrom fließt. Dieser kann zu einer Verfälschung des zu übertragenden Signals führen, da das Ausgangssignal durch den Basisstrom direkt beeinflusst und verändert wird.The mode of operation of the embodiment using bipolar transistors is basically the same as that using field-effect transistors or MOSFETs. However, the base current of the bipolar transistors with the same current gain causes an error which causes an undesired differential mode signal. This error is caused by the fact that a base current flows when using bipolar transistors. This can lead to a falsification of the signal to be transmitted, since the output signal is directly influenced and changed by the base current.
Um diesen Fehler zu vermeiden kann vorteilhafterweise in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Basisanschlüsse der zwei Bipolartransistoren eines Stromspiegels untereinander direkt verbunden sind und der Basisstrom eines Stromspiegels jeweils über einen zwischengeschalteten Bipolartransistor oder Feldeffekttransistor entweder von der ersten oder der zweiten Übertragungsleitung gesteuert wird. Das Einfügens eines weiteren Bipolartransistors zur Bereitstellung des Basisstroms ist dem Fachmann als Kaskode-Stromspiegel bekannt. Neben dem Kaskode-Stromspiegel gibt es weitere verbesserte Stromspiegelschaltungen (z.B. Wilson-Stromspiegel) die die beschrieben Problematik des Basisstroms lösen.In order to avoid this error, it can advantageously be provided in one embodiment that the base connections of the two bipolar transistors of a current mirror are directly connected to one another and the base current of a current mirror is controlled either by the first or the second transmission line via an intermediate bipolar transistor or field-effect transistor. The insertion of a further bipolar transistor to provide the base current is known to the person skilled in the art as a cascode current mirror. In addition to the cascode current mirror, there are other improved current mirror circuits (e.g. Wilson current mirror) that solve the described problem of the base current.
Wird ein Feldeffekttransistor eingefügt so sind dessen Gate-Anschlüsse untereinander direkt verbunden, und entweder direkt oder über einen Widerstand, vorzugweise über ein frequenzabhängiges Reaktanznetzwerk, mit derselben ersten Übertragungsleitung oder derselben zweiten Übertragungsleitung verbunden.
Durch das Verwenden eines Widerstandes, vorzugsweise eines frequenzabhängigen Reaktanznetzwerks, kann das beschriebene System stabilisiert bzw. das Frequenzverhalten gezielt eingestellt werden.If a field effect transistor is inserted, its gate connections are directly connected to one another, and either directly or via a resistor, preferably via a frequency-dependent reactance network, to the same first Transmission line or the same second transmission line connected.
By using a resistor, preferably a frequency-dependent reactance network, the system described can be stabilized or the frequency behavior can be set in a targeted manner.
Die beschriebenen Ausführungsformen eines aktiven Filters finden vorzugsweise Anwendung in einer Schaltungsanordnung zur Signalübertragung mit einem Sender und einem Empfänger und einer zwischengeschalteten Signalübertragungsleitung, aufweisend eine erste Übertragungsleitung und eine zweite Übertragungsleitung zur Übertragung von Gegentaktsignalen, wobei zwischen der ersten Übertragungsleitung und der zweiten Übertragungsleitung ein aktiver Filter gemäß einer der vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen zur Unterdrückung von Gleichtaktsignalen geschaltet ist.The described embodiments of an active filter are preferably used in a circuit arrangement for signal transmission with a transmitter and a receiver and an intermediate signal transmission line, comprising a first transmission line and a second transmission line for the transmission of push-pull signals, an active filter between the first transmission line and the second transmission line is switched according to one of the embodiments described above for the suppression of common mode signals.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Signalübertragungsleitung zwischen dem Sender und dem Empfänger galvanisch getrennt ist. Die galvanische Trennung kann durch eine optische Kopplung, oder eine induktive Kopplung, oder durch eine kapazitive Kopplung erfolgen. Durch die galvanische Trennung kann gewährleistet werden, dass lediglich Wechselstromsignale in den aktiven Filter eingespeist werden, während Gleichstromsignale die galvanische Trennung nicht überbrücken können.In one embodiment it can be provided that the signal transmission line between the transmitter and the receiver is galvanically isolated. The galvanic isolation can take place by an optical coupling, or an inductive coupling, or by a capacitive coupling. The galvanic isolation can ensure that only AC signals are fed into the active filter, while DC signals cannot bridge the galvanic isolation.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die mit dem Sender verbundene Signalübertragungsleitung ein anderes Spannungsniveau, also höheres Spannungsniveau oder ein niedrigeres Spannungsniveau aufweist als die mit dem Empfänger direkt verbundene Signalübertragungsleitung.In particular, it can be provided that the signal transmission line connected to the transmitter has a different voltage level, ie a higher voltage level or a lower voltage level than the signal transmission line directly connected to the receiver.
Vorzugsweise ist der aktive Filter in der mit dem Empfänger direkt verbundenen Signalleitung eingeschleift und wird auf dem Spannungsniveau der Empfängersignalleitung betrieben.The active filter is preferably looped into the signal line directly connected to the receiver and is operated at the voltage level of the receiver signal line.
Alternativ kann der aktive Filter in der mit dem Sender direkt verbundenen Signalleitung eingeschleift sein und auf dem Spannungsniveau der Sendersignalleitung betrieben werden.Alternatively, the active filter can be looped into the signal line directly connected to the transmitter and operated at the voltage level of the transmitter signal line.
Somit kann der aktive Filter jeweils mit einem passenden Spannungsniveau betrieben werden und es können auch Übertragungspfade gefiltert werden, deren Spannungsniveau von den Spezifikationen der verwendeten Transistoren abweichen.Thus, the active filter can be operated at a suitable voltage level and transmission paths can also be filtered, the voltage level of which deviate from the specifications of the transistors used.
Von Vorteil ist, dass der erfindungsgemäße aktive Filter bidirektional arbeitet und somit auch in einem bidirektionalen Sende-Empfangssystem eingesetzt werden kann. Somit ist die Verwendung des erfindungsgemäßen aktiven Filters bei Signalübertragungen im Wechselbetrieb bzw. im Halb-Duplex Verfahren möglich. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung zur Signalübertragung zwei Sender- und Empfängerpaare aufweist, die über eine Signalübertragungsleitung derart verbunden sind, dass eine bidirektionale Signalübertragung im Duplex oder Halb-Duplex Betrieb erfolgt, wobei der aktive Filter als bidirektionaler aktiver Filter ausgebildet und in die Signalübertragungsleitung zwischen der ersten Übertragungsleitung und der zweiten Übertragungsleitung eingeschleift ist.It is advantageous that the active filter according to the invention works bidirectionally and can therefore also be used in a bidirectional transceiver system. It is thus possible to use the active filter according to the invention for signal transmissions in alternating operation or in the half-duplex method. For this purpose, it can be provided that the circuit arrangement for signal transmission has two transmitter and receiver pairs, which are connected via a signal transmission line in such a way that bidirectional signal transmission takes place in duplex or half-duplex operation, the active filter being designed as a bidirectional active filter and into which Signal transmission line is looped in between the first transmission line and the second transmission line.
In den Figuren und der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden weitere Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 : Eine Schaltungsanordnung mit einem kapazitiv gekoppelten Übertragungspfad der einen erfindungsgemäßen CM-Filter aufweist; -
2 : Eine Umsetzung des erfindungsgemäßen CM-Filters durch Verschaltung von zwei Stromspiegeln; -
3 : Einen erfindungsgemäßen CM-Filter in einer Ausführungsform mit MOSFET Transistoren; -
4 : Einen erfindungsgemäßen CM-Filter in einer Ausführungsform mit bipolar-Transistoren; -
5 : Einen erfindungsgemäßen CM-Filter in einer Ausführungsform mit bipolar-Transistoren und vorgeschalteten MOSFETs -
6 : Einen erfindungsgemäßen CM-Filter in einer Ausführungsform mit bipolar-Transistoren und vorgeschalteten MOSFETs mit Widerstand im Gate-Kreis; -
7 : Einen erfindungsgemäßen CM-Filter in einer Ausführungsform mit MOSFETs und mit Widerstand im Gate-Kreis;
-
1 : A circuit arrangement with a capacitively coupled transmission path which has a CM filter according to the invention; -
2 : Implementation of the CM filter according to the invention by connecting two current mirrors; -
3 : A CM filter according to the invention in one embodiment with MOSFET transistors; -
4 : A CM filter according to the invention in one embodiment with bipolar transistors; -
5 : A CM filter according to the invention in one embodiment with bipolar transistors and upstream MOSFETs -
6 : A CM filter according to the invention in one embodiment with bipolar transistors and upstream MOSFETs with resistance in the gate circuit; -
7 : A CM filter according to the invention in one embodiment with MOSFETs and with resistance in the gate circuit;
In den
Für den Fachmann ist es dabei klar, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht abschließend sind. Beispielsweise können die beschriebenen Vorteile der einzelnen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, ohne der Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is clear to the person skilled in the art that the exemplary embodiments described are not exhaustive. For example, the described advantages of the individual exemplary embodiments can be combined with one another without departing from the scope of the invention.
Die
In der
Die
Die Übertragungsleitung
Die beiden Stromspiegel
Sourceseitig sind die MOSFETs
Zwischen der ersten Übertragungsleitung
Die Drain-Anschlüsse der MOSFETs
Die allgemeine Funktionsweise des aktiven Filters kann wie folgt beschrieben werden: The general functioning of the active filter can be described as follows:
Die über die erste Übertragungsleitung
Sind die Isolationskapazitäten
Ist der Strom
Dabei gilt:
- ID:
- Drainstrom
- UGS:
- Gate-Source Spannung
- UDS:
- Drain-Source Spannung
- Uth:
- Schwellenwertspannung
- UA:
- Ausgangsspannung
- K:
- Kennlinienparameter
- I D :
- drain current
- U GS :
- Gate-source voltage
- U DS :
- Drain-source voltage
- U th :
- Threshold voltage
- U A :
- output voltage
- K:
- Characteristic parameters
Der Spannungsabfall zwischen der ersten Übertragungsleitung
Ist außerdem
Der differenzielle Spannungsabfall,
Dabei gilt:
- rDS:
- Drain-Source Widerstand
- r DS :
- Drain-source resistance
Die beiden Widerstände
Ist der Strom
Die
Die Emitter-Anschlüsse der Bipolar-Transistoren
Die Kollektor-Anschlüsse zweier der bipolar Transistoren
Die
In der
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können die Eigenschaften des aktiven Filters, beispielsweise frequenzabhängiges Verhalten oder die Impedanz im Ansteuerpfad, dadurch beeinflusst werden, dass die Ansteuerung der Stromspiegelschaltungen entweder durch den gezeigten Vorwiderstand
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Aktiver FilterActive filter
- 1111
- SenderChannel
- 1212
- Empfänger receiver
- 22
- Stromspiegelcurrent mirror
- 2121
- erste Stromspiegelschaltungfirst current mirror circuit
- 2222
- zweite Stromspiegelschaltung second current mirror circuit
- 33
- SignalübertragungsleitungSignal transmission line
- 3131
- erste bzw. positive Übertragungsleitungfirst or positive transmission line
- 3232
- zweite bzw. negative Übertragungsleitung second or negative transmission line
- Vmid V mid
- Mittenspannung center voltage
- 4, 4'4, 4 '
- Dreipolthree pole
- 4141
- Eingang, INEntrance in
- 4242
- Ausgang, OUTOutput, OUT
- 4343
- Ableitungsanschluss, COMDrain connection, COM
- 4444
- gemeinsame Ableitung common derivation
- 77
- galvanische Trennunggalvanic isolation
- 7171
- Trennkondensatorisolating capacitor
- 7272
- Trennkondensatorisolating capacitor
- 7373
- vorgeschalteter MOSFETupstream MOSFET
- R1R1
- Widerstandresistance
- R2R2
- Widerstandresistance
- RvRv
- Widerstand resistance
- NMOS1NMOS1
- N-Typ MosFETN-type MosFET
- NMOS2NMOS2
- N-Typ MosFETN-type MosFET
- PMOS1PMOS1
- P-Typ MosFETP-type MosFET
- PMOS2PMOS2
- P-Typ MosFET P-type MosFET
- npn1npn1
- N-Bipolar TransistorN-bipolar transistor
- npn2npn2
- N-Bipolar TransistorN-bipolar transistor
- pnp1pnp1
- P-Bipolar TransistorP-bipolar transistor
- pnp2pnp2
- P-Bipolar Transistor P-bipolar transistor
- 99
- Schaltungsanordnung zur SignalübertragungCircuit arrangement for signal transmission
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2814215 A1 [0003]EP 2814215 A1 [0003]
- US 2006/0251188 A1 [0004]US 2006/0251188 A1 [0004]
- DE 10021928 A1 [0005]DE 10021928 A1 [0005]
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-
2018
- 2018-06-20 DE DE102018114861.5A patent/DE102018114861A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KANZLEI LOUIS POEHLAU LOHRENTZ, DE |