DE19740193C1 - Integriertes Tiefpaßfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes Tiefpaßfilter zur Dämpfung von höherfrequenten Anteilen eines Signals (z. B. Oberwellen).

In integrierten Bipolar-Hochfrequenz-Schaltungen ist die Rea­ lisierung mehrpoliger, einstufiger Filter schwierig. Ein we­ sentliches Ziel ist ein steiler Flankenabfall des Amplituden­ gangs des Filters zu hohen Frequenzen hin, ohne aber auf mehrstufige Filteranordnungen zurückgreifen zu müssen.

Bisher wurde auf eine explizite Filterwirkung ganz verzichtet oder es wurden einpolige Filter in Form von RC-Schaltungen realisiert.

Aus der EP 0 663 723 A1 ist ein integrierter Filter für HF- Anwendungen bekannt geworden. Zur Einstellung der Filtereck­ frequenz ist dabei ein einstellbarer Widerstand vorgesehen. Widerstände leiden jedoch unter einem relativ großen Flächen­ verbrauch bei der Integration der Schaltung auf einem Halb­ leiterbauelement.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tiefpaßfilter anzuge­ ben, das eine hohe Selektivität im Sperrbereich, eine opti­ mierte Kennlinie mit minimalster Bedämpfung im Durchlaßbe­ reich aufweist und in einen integrierten Schaltkreis inte­ grierbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Tiefpaßfilter mit den Merk­ malen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen da­ von sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Steueranschluß des Transi­ stors und einem ersten Bezugspotential eine Kapazität ge­ schaltet. Ferner ist die Stromquelle einstellbar. Die Kapazi­ tät dient der Dimerisionierung der Schaltung. Mit der ein­ stellbaren Stromquelle kann der Arbeitspunkt des Filters ein­ gestellt werden. Zusätzlich kann das Filter als Dual-Band- Filter eingesetzt werden, d. h. es ist eine Umschaltung zwi­ schen zwei verschiedenen Frequenzbändern mit entsprechend verschiedener Filterung möglich. Durch die einstellbare Stromquelle ist die Eckfrequenz des Tiefpaßfilters einstell­ bar und damit die Verarbeitbarkeit mehrerer verschiedener Grundwellenfrequenzen bei einer gewünschten konstanten Ober­ wellendämpfung möglich.

Der Transistor kann als npn-, pnp- oder als Feldeffekttransi­ stor ausgeführt sein.

Weiterhin besteht die Möglichkeit mehrere durch jeweils einen Trennverstärker getrennte Tiefpaßfilter kaskadenartig zu ver­ schalten.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine bessere Selektivität als bei zwei oder mehreren kaskadierten RC-Gliedern erreicht werden kann.

Zusätzlich wird das Nutzsignal anders als bei RC-Gliedern nur minimal bedämpft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beson­ ders bei Zwischenfrequenzen (100 bis 200 MHz) die Schaltung gegenüber konventionellen Lösungen eine geringere Chipfläche benötigt, weil bei der Verwendung von Induktivitäten diese sehr groß dimensioniert sein müssen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren wei­ ter erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Tiefpaßfilters.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Tiefpaßfilters.

Das Tiefpaßfilter in Fig. 1 weist einen Transistor T1 auf, dessen Kollektor mit einem Bezugspotential VCC, dessen Basis mit dem einen Anschluß eines ersten Kondensators C1 und einem ersten Widerstand R1 und dessen Emitter mit dem anderen An­ schluß des ersten Kondensators C1, einer Ausgangsklemme V_out und über eine erste Stromquelle IC und einen zweiten Konden­ sator C2 mit einem Bezugspotential M verbunden ist. Die Ein­ gangsklemme V_in ist mit dem zweiten Anschluß des Widerstands R1 verbunden.

Mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist es möglich, ein Tiefpaßfilter mit LC-Charakteristik zu realisieren. Das Tief­ paßfilter gemäß der vorliegenden Schaltung hat einen steile­ ren Flankenabfall des Amplitudengangs zu höheren Frequenzen hin als ein herkömmliches RC-Tiefpaßfilter.

Die Quellimpedanz Ze, die der Emitter des Transistors T1 an­ bietet, ist gegeben durch:

wobei β = differentielle Stromverstärkung
(dIC : dIB bei UCE = konstant)
β0 = Gleichstromverstärkung
gm = Gleichstrom-Admittanz des Transistors T1
V_T = Temperaturspannung.

Die Impedanz Ze hat den Imaginärteil ωR₁C₁V_T/I_C.

Dies kann man sich durch eine Induktivität

erzeugt vorstellen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein steilerer Flanken­ abfall des Amplitudengangs des einstufigen Filters zu höheren Frequenzen hin erzeugt als dies mit einem herkömmlichen RC- Tiefpaßfilter möglich wäre.

Vorteilhafterweise ist die Filterschaltung als stromgesteuer­ tes Filter einsetzbar. Die Filtereckfrequenz kann durch ste­ tige oder diskrete Variation des Bias-Stroms, der durch die Stromquelle IC erzeugt wird, stetig oder diskret eingestellt werden.

Die in Fig. 2 gezeigte Filterschaltung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten durch die Verwendung eines pnp- Transistors, anstelle eines npn-Transistors, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Die Basis des Transistors T2 aus Fig. 2 ist sowohl mit dem ersten Anschluß des Kondensators C1 als auch dem ersten Anschluß des Widerstands R1 verbunden. Der zweite Anschluß des Widerstands R1 ist mit der Eingangsklemme V_in verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 liegt auf dem Be­ zugspotential M. Der Emitter des Transistors T2 ist mit dem zweiten Anschluß des ersten Kondensators C₁, der Ausgangs­ klemme V_out und über die Stromquelle IC sowie den zweiten Kondensator C2 mit dem Bezugspotential VCC verbunden.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung entspricht in ihrer Funktion der in Fig. 1 gezeigten Schaltung.

Anstelle des npn-Transistors T1 bzw. des pnp-Transistors T2 können auch entsprechende Feldeffekttransistoren vorgesehen sein.

Allgemein gilt, je größer der durch die Stromquelle IC er­ zeugte Strom ist, desto höher wird die Filtereckfrequenz und desto kleiner wird der imaginäre Anteil der Quellimpedanz Ze.

Der Widerstand R1, und die beiden Kapazitäten C1 und C2 die­ nen zur Dimensionierung der Schaltung. Abhängig von der ge­ wünschten Frequenzcharakteristik können der Widerstand R1 und die beiden Kapazitäten C1 und C2 gegebenenfalls auch durch die parasitären Effekte des Transistors realisiert sein.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele sind auch kaskadierbar. Dazu ist zwischen die einzelnen Fil­ terstufen jeweils ein Trennverstärker mit hoher Eingangsimpe­ danz zu schalten, um zu vermeiden, daß die vorige Filterstufe durch die nächste Filterstufe belastet wird.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Schaltungsan­ ordnung bei Frequenzen zwischen 100 und 200 MHz anzuwenden, weil im Vergleich hierzu die induktive Komponente bei einem entsprechenden LC-Kreis sehr groß ausfallen würde. Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist damit Fläche auf dem integrierten Schaltkreis einsparbar.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist eine Be­ dämpfung von 40 dB/Dekade erreichbar.

Claims (7)

1. Integriertes Tiefpaßfilter,

• - bei dem ein Widerstand (R1), ein Transistor (T1; T2), eine erste Kapazität (C2) und eine Stromquelle (IC) vorgesehen sind,
• - bei dem der Widerstand (R1) einerseits mit einer Eingangs­ klemme (V_in) und andererseits mit dem Steueranschluß des Transistors (T1; T2) verbunden ist,
• - bei dem der Ausgangskreis des Transistors (T1; T2) einer­ seits mit einer Ausgangsklemme (V_out) und über die Stromquel­ le (IC) und die erste Kapazität (C2) mit einem ersten Bezugs­ potential (M; Vcc) und verbunden ist, und bei dem der Aus­ gangskreis des Transistors (T1; T2) andererseits mit einem zweiten Bezugspotential (Vcc; M) verbunden ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß
  eine zweite Kapazität (C1) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Steueranschluß des Transistors (T1; T2) und andererseits mit dem ersten Bezugspotential (M; Vcc) verbunden ist, und die Stromquelle (IC) einstellbar ist.

2. Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, bei dem der Widerstand (R1) eine parasitäre Komponente des Transistors (T1, T2) ist.

3. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die erste Kapazität (C2) eine parasitäre Komponente des Transistors (T1; T2) ist.

4. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Transistor (T1; T2) ein npn-Transistor ist.

5. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Transistor (T1; T2) ein pnp-Transistor ist.

6. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Transistor (T1; T2) ein Feldeffekttransistor ist.

7. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem mehrere durch jeweils einen Trennverstärker getrennte Tiefpaßfilter kaskadenartig verschaltet sind.