DE19936430A1

DE19936430A1 - Analog filter

Info

Publication number: DE19936430A1
Application number: DE19936430A
Authority: DE
Inventors: Sven Mattisson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2001-04-12
Also published as: CN1369135A; AU6157500A; EP1201030A1; JP2003506946A; WO2001010021A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein analoges Filter (IF) mit wenigstens einer Filterstufe (FSTi), die einen Eingangsanschluß (INi), einen Ausgangsanschluß (AUSi) und ein Impedanznetz (INET'), das zwischen die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse (INi, AUSi) und Masse (GND) geschaltet ist, aufweist, wobei das Impedanznetz (INET') drei in einer Delta-Konfiguration angeordnete Impedanzelemente (La, Lb, Lc, G2, G3, G4) aufweist, so daß ein erster Knoten (N1i) der Delta-Konfiguration mit dem Eingangsanschluß (INi) verbunden ist, ein zweiter Knoten (N2i) der Delta-Konfiguration mit dem Ausgangsanschluß (AUSi) verbunden ist und der dritte Knoten (N3i) mit Masse (GND) verbunden ist. Optional ist ein kapazitives Netz (CNET) zwischen den dritten Knoten (N3i) und Masse (GND) eingefügt. Unter Verwendung der Stern-Delta-Transformation werden parasitäre Knoten, insbesondere rein widerstandsbehaftete Knoten in der Filterübertragungsfunktion, wenn Gyratoren zum Ersetzen von Induktivitäten verwendet werden, vermieden, da jeder Induktivitäts-Verbindungsknoten (N1i, N2i, N3i) jeweils mit einem kapazitiven Element (C1, CNET, C5) verbunden ist.The invention relates to an analog filter (IF) with at least one filter stage (FSTi) which has an input connection (INi), an output connection (AUSi) and an impedance network (INET ') which is connected between the input and output connections (INi, AUSi) and Ground (GND) is connected, the impedance network (INET ') having three impedance elements (La, Lb, Lc, G2, G3, G4) arranged in a delta configuration, so that a first node (N1i) of the delta Configuration is connected to the input terminal (INi), a second node (N2i) of the delta configuration is connected to the output terminal (AUSi) and the third node (N3i) is connected to ground (GND). A capacitive network (CNET) is optionally inserted between the third node (N3i) and ground (GND). Using the star-delta transformation, parasitic nodes, in particular purely resistive nodes in the filter transfer function, when gyrators are used to replace inductors, are avoided since each inductance connection node (N1i, N2i, N3i) each has a capacitive element (C1 , CNET, C5) is connected.

Description

FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein analoges Filter. Insbesondere betrifft die Erfindung On-Chip-IF-Filters, die eine hohe Genauigkeit und somit eine vorsichtige Implementierung erfordern. Die analogen Filter, die von der Erfindung berücksichtigt werden, können passive analoge Filter sein, die nur passive Komponenten wie Spulen und Kondensatoren verwenden. Jedoch können die analogen Filter der vorliegenden Erfindung auch aktive analoge Filter sein, deren Induktivitäten durch Gyratoren (Gyrator-C oder gm-C-Filter) ersetzt sind.The present invention relates to an analog filter. In particular, the invention relates to on-chip IF filters that high accuracy and therefore careful Require implementation. The analog filters used by the Invention can be considered, passive analog filters be the only passive components like coils and capacitors use. However, the analog filters of the present Invention can also be active analog filters whose Inductors through gyrators (gyrator-C or gm-C filter) are replaced.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Fig. 1 zeigt eine typische Konstruktion einer herkömmlichen Filterschaltung. Die Filterschaltung umfaßt wenigstens eine Filterstufe FSTi und eine Vielzahl von Filterstufen FST1, . . . FSTi . . . FSTI können in Kaskade angeordnet sein. Fig. 1 shows a typical construction of a conventional filter circuit. The filter circuit comprises at least one filter stage FSTi and a plurality of filter stages FST1,. , , FSTi. , , FSTIs can be cascaded.

Typischerweise wird die Filterschaltung von einer Quelle S gespeist und ist mit einer Abschlußimpedanz T abgeschlossen. Typically, the filter circuit is from a source S fed and is terminated with a termination impedance T.

Wenn jede Filterstufe FSTi einen Pol in der Filterübertragungsfunktion hinzufügt, dann ist die Filterübertragungsfunktion grundlegend von der Ordnung I. Wie altbekannt ist, wird die Filterübertragungsfunktion eines analogen Filters durch ein Polynom der Ordnung I mit einer Vielzahl von Nullstellen und Polstellen in der komplexen Ebene dargestellt. Wenn jedoch die theoretisch entworfene Filterübertragungsfunktion praktisch durch eine Vielzahl von Filterstufen unter Verwendung von echten Komponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten (Spulen) implementiert wird, dann können die parasitären Effekte die Filterübertragungsfunktion verzerren und können ein unerwünschtes Betriebsverhalten des analogen Filters verursachen.If each filter stage FSTi has a pole in the Add filter transfer function, then the Filter transfer function fundamentally of order I. How is well known, the filter transfer function becomes one analog filter through a polynomial of order I with a Numerous zeros and poles in the complex plane shown. However, if the theoretically designed Filter transfer function practically through a variety of Filter stages using real components like Capacitors and inductors (coils) is implemented, then the parasitic effects can Filter transfer function can distort and undesirable operating behavior of the analog filter cause.

Derartige parasitäre Effekte sind das Ergebnis der Erzeugung von internen Knoten, die nicht zu der theoretisch entworfenen Filterübertragungsfunktion (Filtertopologie) gehören. Ferner können zusätzliche interne Knoten erzeugt werden, wenn Netztransformationen zu rein widerstandsbehafteten Knoten führen. Das heißt, damit das Filter die gewünschten Eigenschaften aufweist, können mathematische Transformationen die Nullstellen/Polstellen-Struktur der Übertragungsfunktion verändern und können somit zu unterschiedlichen Eigenschaften führen. Jedoch wird insbesondere für den Fall von rein widerstandsbehafteten Knoten jegliche Streukapazität unerwünschte Polstellen und/oder Nullstellen in der Filterübertragungsfunktion hinzufügen.Such parasitic effects are the result of generation from internal nodes that are not to the theoretically designed Filter transfer function (filter topology) belong. Further additional internal nodes can be created if Network transformations to purely resistive nodes to lead. That is, so that the filter has the desired Features mathematical transformations the zero / pole structure of the transfer function change and can therefore have different properties to lead. However, especially in the case of pure resistive knots any stray capacity unwanted poles and / or zeros in the Add filter transfer function.

Deshalb müssen die verwendeten Komponenten sehr exakte Werte aufweisen oder automatische Abstimmschaltungen der Resonator- (Filter)-Komponenten müssen verwenden werden, um den Einfluß von parasitären Effekten zu minimieren, insbesondere diejenigen, die durch existierende gewünschte Komponenten nicht ausgeglichen werden können. Eine derartige automatische Abstimmung kann vorzugsweise für den Fall von Gyrator-C oder gm-C Filtern verwendet werden.Therefore, the components used must have very exact values have or automatic tuning circuits of the resonator (Filter) components must be used to make the impact to minimize parasitic effects, in particular those required by existing components cannot be compensated. Such an automatic Tuning can be preferred in the case of Gyrator-C or gm-C filters can be used.

Deshalb ist es immer wünschenswert, das Filter in einer derartigen Weise zu entwerfen, daß Änderungen in den Komponentenwerten und/oder parasitäre Effekte nicht zu zusätzlichen Knoten in der echten Übertragungsfunktion führen, die ansonsten nicht vorhanden sein würden und eine Instabilität oder ein anderes Filterbetriebsverhalten verursachen.That is why it is always desirable to have the filter in one to design in such a way that changes in the Component values and / or parasitic effects do not increase lead additional nodes in the real transfer function, that would otherwise not exist and one Instability or other filtering behavior cause.

DESCRIPTION OF THE PRIOR ART

Der Entwurf von analogen Filtern ist weit fortgeschritten und verschiedene Techniken sind verfügbar, wie in der Praxis eine gewünschte Filterübertragungsfunktion realisiert werden kann. Typischerweise beginnt der Entwurf mit einer grundlegenden Filterschaltung des Tiefpaß-Prototyps, die wenigstens eine Filterstufe FST1 umfaßt. Ein Beispiel einer derartigen Filterstufe ist in Fig. 2a gezeigt. Ein Kondensator C1 ist zwischen Masse GND und einen Eingangsanschluß IN1 der Filterstufe FST1 geschaltet. Genauso ist ein Kondensator C5 zwischen Masse GND und einen Ausgangsanschluß AUS1 der Filterstufe FST1 geschaltet. Ferner ist als ein Abschluß der Widerstand R5 vorgesehen und an dem Eingang wird die Filterstufe FST1 von einer Quelle S gespeist, die z. B. aus einer Stromquelle I und einem Widerstand R1 besteht. The design of analog filters is well advanced and various techniques are available on how to implement a desired filter transfer function in practice. Typically, the design begins with a basic filter circuit of the low-pass prototype, which includes at least one filter stage FST1. An example of such a filter stage is shown in Fig. 2a. A capacitor C1 is connected between ground GND and an input terminal IN1 of the filter stage FST1. In the same way, a capacitor C5 is connected between ground GND and an output terminal AUS1 of the filter stage FST1. Furthermore, the resistor R5 is provided as a termination and at the input the filter stage FST1 is fed by a source S which, for. B. consists of a current source I and a resistor R1.

In der Filterstufe FST1 kann ein kapazitives Netz, das durch den Kondensator C3 gebildet wird, vorhanden sein und mit Masse GND verbunden sein und ein Impedanznetz, zum Beispiel ein induktives Netz, das durch eine Sternverbindung der Induktivitäten L2, L3, L4 gebildet ist, ist zwischen den Kondensator C3 und die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse IN1, AUS1 geschaltet. Während das Impedanznetz L1, L2, L3 immer vorhanden ist, gibt es Filterschaltungen, bei denen das kapazitive Netz fehlt, d. h. der Kondensator C3 ist lediglich ein Draht zur Masse.In the filter stage FST1, a capacitive network that can pass through the capacitor C3 is formed, be present and with ground GND connected and an impedance network, for example a inductive network through a star connection of the Inductors L2, L3, L4 is formed between the Capacitor C3 and the input and output terminals IN1, OFF1 switched. While the impedance network L1, L2, L3 always is present, there are filter circuits in which the capacitive network missing, d. H. the capacitor C3 is only a wire to earth.

Wie in Fig. 3a gezeigt, können eine Vielzahl von Filterstufen FST1, FST2, FST3 vorhanden sein, die jeweils die grundlegende Konstruktion aufweisen, wie in Fig. 2a gezeigt. Die Filterstufen FST1, FST2, FST3 sind in Kaskade angeordnet, so daß die jeweiligen Induktivitäten L41, L22; L42, L23 in Reihe geschaltet sind. Natürlich wird die Schaltung in Fig. 3a auf das Filter in Fig. 3b reduziert, bei dem die Spulen L41, L22; L42, L23 in eine einzelne Induktivität L', L" zusammengefaßt sind, was zu einer Filterschaltung in Fig. 3b führt. Unter Verwendung einer derartigen Kaskadenanordnung von Filterstufen kann eine Filterschaltung einer vorgegebenen Ordnung implementiert werden.As shown in FIG. 3a, there may be a plurality of filter stages FST1, FST2, FST3, each of which has the basic construction, as shown in FIG. 2a. The filter stages FST1, FST2, FST3 are arranged in cascade, so that the respective inductors L41, L22; L42, L23 are connected in series. Of course, the circuit in FIG. 3a is reduced to the filter in FIG. 3b, in which the coils L41, L22; L42, L23 are combined into a single inductance L ', L ", which leads to a filter circuit in FIG. 3b. Using such a cascade arrangement of filter stages, a filter circuit of a predetermined order can be implemented.

Beginnend mit dem grundlegenden Filterentwurf für eine Filterstufe FST1, wie in Fig. 2a gezeigt, ist vor kurzem vorgeschlagen worden, eine Einrichtung zum Transformieren der Konfiguration in Sätze von mit Masse verbundenen Resonatoren bereitzustellen, die frei von alleinstehenden parasitären Effekten (die neue unerwünschte Polstellen oder Nullstellen hinzufügen) sind. Typischerweise wird eine Bandpaßtransformation auf die Filterstufe FST1 in Fig. 2a angewendet, was zu einer typischen herkömmlichen Bandpaßprototyptransformation führt, wie in Fig. 2b gezeigt. Fig. 2c zeigt eine typische Gyratorrealisation von Fig. 2b, bei der die Spulen durch Gyratoren, wie in Fig. 4a gezeigt (die nachstehend noch beschrieben wird), ersetzt sind. Im wesentlichen ist Fig. 2c die bandpaßtransformierte Version von Fig. 4b, die die Gyratorrealisation der Fig. 2a zeigt.Beginning with the basic filter design for a filter stage FST1, as shown in Fig. 2a, it has recently been proposed to provide a device for transforming the configuration into sets of resonators connected to ground, which are free from stand-alone parasitic effects (the new unwanted poles or Add zeros). Typically, a bandpass transform is applied to filter stage FST1 in Fig. 2a, resulting in a typical conventional bandpass prototype transform, as shown in Fig. 2b. Fig. 2c shows a typical gyrator implementation of Fig. 2b, in which the coils are replaced by gyrators as shown in Fig. 4a (which will be described later). In essence, Fig. 2c, the bandpaßtransformierte version of Fig. 4b, which shows the Gyratorrealisation of Fig. 2a.

Der Erfinder hat eine derartige Bandpaßtransformation zum Transformieren der Struktur in einen Satz von mit Masse verbundenen Resonatoren untersucht und hat erkannt, daß die Filterübertragungsfunktion einer derartigen transformierten Struktur stabiler ist, da sie frei von alleinstehenden parasitären Effekten ist, wie voranstehend beschrieben.The inventor has such a bandpass transformation Transform the structure into a set of with mass connected resonators examined and recognized that the Filter transfer function of such a transformed one Structure is more stable because it is free of single Parasitic effects are as described above.

Jedoch hat der Erfinder entdeckt, daß bei Verwendung einer derartigen Bandpaßtransformation mit Gyratoren wie in Fig. 2c für die Struktur in Fig. 2a gezeigt, der Knoten P, der die Induktivitäten L2, L3 und L4 verbindet, zu einem rein widerstandsbehafteten Knoten führen wird, was wiederum ein unerwünschtes Betriebsverhalten des Filters verursacht, weil die in der Praxis realisierte Filterübertragungsfunktion von der theoretisch entworfenen Filterübertragungsfunktion abweicht.However, the inventor has discovered that using such a bandpass transform with gyrators as shown in Fig. 2c for the structure in Fig. 2a, the node P connecting the inductors L2, L3 and L4 will result in a purely resistive node, which in turn causes an undesirable operating behavior of the filter because the filter transfer function implemented in practice differs from the theoretically designed filter transfer function.

Der rein widerstandsbehaftete Knoten wird erhalten, wenn die Bandpaßtransformation auf Filterschaltungsinduktivitäten L2, L4, L3 angewendet wird, die durch eine aktive Filterschaltungsanordnung unter Verwendung von Gyratorstrukturen realisiert wird, wie sich den Fig. 4a, 4b entnehmen läßt. Nach einer Bandpaßtransformation der Fig. 4b gibt es den unerwünschten rein widerstandsbehafteten Knoten in der bandpaßtransformierten Gyratorschaltung der Fig. 2c.The purely resistive node is obtained when the bandpass transformation is applied to filter circuit inductances L2, L4, L3, which is implemented by an active filter circuit arrangement using gyrator structures, as can be seen in FIGS. 4a, 4b. After a bandpass transformation of FIG. 4b, there is the undesirable, purely resistive node in the bandpass-transformed gyrator circuit of FIG. 2c.

Selbst wenn jedoch Gyratoren vermieden werden und in der Tat die Spulen nicht durch Gyratoren realisiert werden, hat der Erfinder festgestellt, daß es unerwünschte alleinstehende parasitäre Effekte in der Filterschaltung der Fig. 2b gibt, z. B. Streukapazitäten zur Masse und zu anderen Schaltungskomponenten nach der Bandpaßtransformation. Derartige alleinstehende parasitäre Effekte als Folge der Bandpaßtransformation entsprechen den problematischen zusätzlichen rein widerstandsbehafteten Knoten für den Fall der Gyratorersetzung der Spulen. Dies trifft auch unabhängig davon zu, wie das Stern-Typ-Impedanznetz realisiert wird, d. h. nur aus Spulen oder nur aus Kondensatoren oder Spulen und Kondensatoren. Dies ist auch unabhängig davon, ob der Kondensator C3 in Fig. 2a (oder die entsprechenden Elemente in Fig. 2b, 2c, 3a, 3b, 4b) vorhanden ist oder ob eine direkte Verbindung zur Masse verwendet wird.However, even if gyrators are avoided and, in fact, the coils are not realized by gyrators, the inventor has found that there are undesirable stand-alone parasitic effects in the filter circuit of Fig. 2b, e.g. B. stray capacitances to ground and to other circuit components after the bandpass transformation. Such standalone parasitic effects as a result of the bandpass transformation correspond to the problematic additional, purely resistive nodes in the event of gyrator replacement of the coils. This also applies regardless of how the star-type impedance network is implemented, ie only from coils or only from capacitors or coils and capacitors. This is also independent of whether the capacitor C3 in Fig. 2a (or the corresponding elements in Fig. 2b, 2c, 3a, 3b, 4b) is present or whether a direct connection to ground is used.

Aktive Filterschaltungen, in denen eine stabile Frequenzcharacteristik für die Änderung einer parasitären Kapazität erhalten werden kann und ein Q Wert durch einen Gegenkonduktanzverstärker in einer Einzelstufenausbildung eingestellt werden kann, ist zum Beispiel aus dem Patent Abstracts of Japan JP 09196642 bekannt. Hier wird die stabile Frequenzcharacteristik mit Hilfe einer zusätzlichen Abstimmschaltungsanordnung erhalten. Active filter circuits in which a stable Frequency characteristic for the change of a parasitic Capacity can be obtained and a Q value through one Counter-conductance amplifier in a single stage training can be set, for example, from the patent Abstracts of Japan JP 09196642 known. Here the stable Frequency characteristics with the help of an additional Get tuning circuitry.

Ferner beschreibt die US 5,192,884 ein aktives Filter mit einer spannungsgesteuerten Quelle des differentiellen Typs. Die voranstehend erwähnten Dokumente offenbaren nicht, daß irgendeine Art von Transformationen zusätzliche rein widerstandsbehaftete Knoten verursacht.US Pat. No. 5,192,884 also describes an active filter a voltage controlled source of the differential type. The documents mentioned above do not disclose that some sort of additional transformations purely resistant knots caused.

SUMMARY OF THE INVENTION

Wie voranstehend erwähnt, wurde bei der Verwendung der herkömmlichen Netzwerktheorietechniken wie einer Bandpaßtransformation für den Entwurf von analogen Filtern zur Vermeidung von parasitären Endeffekten von dem Erfinder entdeckt, daß alleinstehende parasitäre Effekte (in dem bandpaßtransformierten Filter des Typs ohne Gyrator, wie in Fig. 2b gezeigt) oder ein zusätzlicher widerstandsbehafteter, Knoten (in dem bandpaßtransformierten Filter des Gyrator-Typs, wie in Fig. 2c gezeigt) in der Filterübertragungsfunktion verursacht werden.As mentioned above, using the conventional network theory techniques such as a bandpass transform to design analog filters to avoid parasitic end effects, the inventor discovered that standalone parasitic effects (in the bandpass-transformed filter of the type without a gyrator, as shown in Fig. 2b) ) or an additional resistive node (in the bandpass transformed filter of the gyrator type as shown in Fig. 2c) in the filter transfer function.

Deshalb besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein analoges Filter mit einer oder mehreren Filterstufen wie voranstehend erläutert, bereitzustellen, bei dem keine alleinstehenden parasitären Effekte oder zusätzliche rein widerstandsbehaftete Knoten in der Filterübertragungsfunktion verursacht werden.Therefore, the object of the present invention is an analog filter with one or more filter stages like explained above, to provide in which none stand-alone parasitic effects or additional pure resistive nodes in the filter transfer function caused.

SOLUTION TO THE TASK

Diese Aufgabe wird durch ein analoges Filter mit wenigstens einer Filterstufe gelöst, die einen Eingangsanschluß, einen Ausgangsanschluß und ein Impedanznetz, das zwischen die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse und Masse geschaltet ist, aufweist, wobei das Impedanznetz drei Impedanzelemente in einer Delta-Konfiguration aufweist, so daß ein erster Knoten der Delta-Konfiguration mit dem Eingangsanschluß verbunden ist, ein zweiter Knoten der Delta-Konfiguration mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist, und der dritte Knoten mit Masse verbunden ist.This task is solved by an analog filter with at least solved a filter stage that an input port, a Output connection and an impedance network that is between the Input and output connections and ground is switched, has, the impedance network three impedance elements in has a delta configuration so that a first node Delta configuration connected to the input port is a second node of the delta configuration with the Output connector is connected, and the third node with Ground is connected.

Vorzugsweise ist ein weiteres Netz zwischen dem dritten Knoten und Masse eingefügt.Another network is preferably between the third node and mass inserted.

Vorzugsweise umfaßt das Impedanznetz drei Induktoren (Induktivitäten) oder drei Kondensatoren oder eine Mischung von Induktoren/Kondensatoren in einer Delta-Konfiguration.The impedance network preferably comprises three inductors (Inductors) or three capacitors or a mixture of inductors / capacitors in a delta configuration.

Vorzugsweise umfaßt das weitere Netz einen Kondensator oder einen Induktor oder ein paralleles oder serielles Kondensator- Induktor-Netz.The further network preferably comprises a capacitor or an inductor or a parallel or serial capacitor Inductor network.

Das analoge Filter gemäß der Erfindung weist keine zusätzlichen rein widerstandsbehafteten Knoten auf, da die Delta-Konfiguration der drei Impedanzelemente sicherstellt, daß sämtliche Induktoranschlüsse mit Kondensatoren verbunden werden können. Deshalb werden keine unerwünschten Polstellen/Nullstellen in der Filterübertragungsfunktion verursacht.The analog filter according to the invention has none additional purely resistive knots because the Delta configuration of the three impedance elements ensures that all inductor connections are connected to capacitors can be. Therefore, no unwanted ones Poles / zeros in the filter transfer function caused.

Induktivitäten des Impedanznetzes können von Spulen oder Paaren von Gyratoren realisiert werden. Inductors of the impedance network can be of coils or Pairs of gyrators can be realized.

Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Änderungen ausgeführt werden können. Insbesondere umfaßt die Erfindung Ausführungsformen, die sich aus Kombinationen von Merkmalen ergeben, die in den Ansprüchen getrennt beansprucht und/oder in der Beschreibung getrennt offenbart sind.Embodiments of the invention are described below Described with reference to the accompanying drawings. However, it should be noted that the present invention is not limited to the disclosed embodiments and various modifications and changes are made can. In particular, the invention includes embodiments that result from combinations of features that are in the Claims claimed separately and / or in the description are disclosed separately.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 eine grundlegende Konstruktion eines analogen Filters IF mit einer Vielzahl von Filterstufen FSTi; Fig. 1 shows a basic construction of an analog filter IF with a plurality of filter stages FSTi;

Fig. 2a ein typisches herkömmliches Filter des Tiefpaß- Prototyps mit einer einzigen Filterstufe FST1; Fig. 2a shows a typical prior art filter of the lowpass prototype with a single filter stage FST1;

Fig. 2b eine typische herkömmliche Bandpaßprototyp- Transformation von Fig. 2a; Figure 2b shows a typical conventional bandpass prototype transformation of Figure 2a;

Fig. 2c eine typische Gyratorrealisierung der Schaltung in Fig. 2b; FIG. 2c shows a typical gyrator implementation of the circuit in FIG. 2b;

Fig. 3a, 3b die Konstruktion eines mehrstufigen Filters, bei dem jede Filterstufe die grundlegende Konstruktion aufweist, wie in Fig. 2a gezeigt; Figures 3a, 3b illustrate the construction of a multi-stage filter in which each filter stage has the basic construction as shown in Figure 2a;

Fig. 4a, 4b die Konstruktion eines herkömmlichen analogen Filters unter Verwendung von Gyratoren zum Ersetzen der Spulen in Fig. 2a; Figures 4a, 4b illustrate the construction of a conventional analog filter using gyrators to replace the coils in Figure 2a;

Fig. 5 eine grundlegende Konstruktion der Filterschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 5 shows a basic construction of the filter circuit according to the invention;

Fig. 6 eine Ausführungsform des analogen Filters gemäß Fig. 5; und FIG. 6 shows an embodiment of the analog filter according to FIG. 5; and

Fig. 7a, 7b Schaltungen, die eine Delta-Konfiguration für ein mehrstufiges Filter umfassen. Fig. 7a, 7b circuits comprising a delta configuration for a multi-stage filter.

DESCRIPTION OF THE INVENTION

Fig. 5 zeigt ein grundlegendes Blockschaltbild des analogen Filters gemäß der Erfindung, bei dem nur eine Filterstufe FSTi verwendet wird. Jedoch treffen die folgenden Erläuterungen genauso zu, wenn die Erfindung auf jede Filterstufe einer mehrstufigen Filterschaltung angewendet wird. Fig. 5 shows a basic block diagram of the analog filter according to the invention, in which only one filter stage FSTi is used. However, the following explanations apply equally when the invention is applied to each filter stage of a multi-stage filter circuit.

Das analoge Filter weist einen Eingangsanschluß INi, einen Ausgangsanschluß AUSi und ein Impedanznetz INET, welches mit Masse GND und mit dem Eingang INi und dem Ausgang AUSi verbunden ist, auf. Wie voranstehend erläutert, kann optional ein weiteres Netz CNET (das mit gestrichelten Linien gezeigt ist) vorhanden sein, das zwischen das Impedanznetz INET und Masse GND eingefügt ist, d. h. in diesem Fall existiert kein durchgehender Draht zur Masse zwischen INET und GND. Das weitere Netz CNET kann ein kapazitives Netz sein und das Impedanznetz INET kann ein rein induktives Netz sein. Jedoch besteht der wichtigste Aspekt unabhängig davon, ob das INET Netz durch Induktivitäten und/oder Kondensatoren gebildet ist, darin, daß mit einer Stern-Typ-Verbindung von Impedanzen begonnen wird.The analog filter has an input connection INi, a Output connection AUSi and an impedance network INET, which with GND ground and with the INi input and the AUSi output is connected to. As explained above, optional another network CNET (the one shown with dashed lines is present between the impedance network INET and GND is inserted, d. H. in this case there is none continuous wire to ground between INET and GND. The further network CNET can be a capacitive network and that INET impedance network can be a purely inductive network. However the most important aspect is regardless of whether the INET Network is formed by inductors and / or capacitors, in that with a star type connection of impedances is started.

Ferner kann ein erster Kondensator C1 zwischen den Eingangsanschluß INi und Masse GND geschaltet sein und ein zweiter Kondensator C5 kann zwischen den Ausgangsanschluß AUSi und Masse GND geschaltet sein. Die Widerstände R1 und R5 dienen als die Quellen- und Abschlußimpedanzen. Sämtliche Komponenten C1, C5, R1, R2 sind optionale Elemente soweit das erfindungsgemäße Prinzip betroffen ist.Furthermore, a first capacitor C1 between the Input connection INi and ground GND must be switched on and on second capacitor C5 can between the output terminal AUSi and ground GND. The resistors R1 and R5 serve as the source and termination impedances. All Components C1, C5, R1, R2 are optional elements as far as that Principle according to the invention is affected.

Wenn als ein Beispiel angenommen wird, daß die Filterschaltung des Tiefpaß-Prototyps aus Fig. 5 ein Impedanznetz INET, das aus einem induktiven Netz mit einer Stern-Typ-Verbindung von Induktivitäten L2, L3, L4 gebildet ist, aufweist und ein weiteres Netz CNET vorhanden ist, das durch ein kapazitives Netz gebildet ist, d. h. einen Kondensator C3, wird gemäß der Erfindung - anstelle der Verwendung einer Bandpaßtransformation - eine Stern-Delta-Transformation verwendet, was zu der Struktur des Impedanz-(induktiven)- Netzes INET' führt, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Stern-Delta- Transformation gemäß der Erfindung kann auf irgendein Stern- Typ-Impedanznetz INET angewendet werden, d. h. die Impedanzen L1, L2, L3 selbst können durch Impedanznetze gebildet sein, die parallele und/oder serielle Verbindungen von Induktoren und/oder Kondensatoren umfassen.If it is assumed as an example that the filter circuit of the low-pass prototype from FIG. 5 has an impedance network INET, which is formed from an inductive network with a star-type connection of inductors L2, L3, L4, and a further network CNET is present, which is formed by a capacitive network, ie a capacitor C3, according to the invention - instead of using a bandpass transformation - a star-delta transformation is used, which leads to the structure of the impedance (inductive) network INET ' as shown in FIG. 6. The star-delta transformation according to the invention can be applied to any star-type impedance network INET, ie the impedances L1, L2, L3 themselves can be formed by impedance networks which include parallel and / or serial connections of inductors and / or capacitors .

Wiederum sei darauf hingewiesen, daß der mit gestrichelten Linien in Fig. 6 gezeigte Kondensator nur optional ist und daß die Erfindung allgemein anwendbar ist, wenn der Kondensator durch eine direkte Verbindung zur Masse ersetzt ist.Again, it should be noted that the capacitor shown with dashed lines in Fig. 6 is only optional and that the invention is generally applicable when the capacitor is replaced by a direct connection to ground.

In dem allgemeinen Fall, bei dem das INET Netz aus einer Stern-Verbindung von allgemeinen Impedanzen besteht (d. h. aus nur Induktivitäten und/oder Kondensatoren), sind natürlich auch die Impedanzen der Delta-Konfiguration La, Lb, Lc allgemeine Impedanzen, d. h. Induktivitäten und/oder Kapazitäten. Das heißt, sämtliche Impedanzen L1, L2, L3 des ursprünglichen Netzes INET können selbst Impedanznetze sein und somit können auch die Impedanzen La, Lb, Lc des transformierten Impedanznetzes INET' allgemein Impedanznetze sein.In the general case where the INET network consists of a Star connection of general impedances consists of (i.e. only inductors and / or capacitors) are natural also the impedances of the delta configuration La, Lb, Lc general impedances, d. H. Inductors and / or Capacities. That is, all impedances L1, L2, L3 of the original network INET can itself be impedance networks and thus the impedances La, Lb, Lc des transformed impedance network INET 'general impedance networks his.

Die Stern-Delta-Transformation wird gewöhnlicherweise im Gebiet der Leistungselektronik verwendet, zum Beispiel zum Transformieren einer Stern-Typ-Verbindung von Statorspulen in eine Delta-Typkonfiguration von Statorspulen in einem elektrischen Motor, wie Durchschnittsfachleuten altbekannt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt, führt die Stern-Delta- Transformation zu einer Konfiguration, bei der die drei Induktor- oder im allgemeinen Fall Impedanz-Elemente La, Lb, Lc in einer Delta-Konfiguration angeordnet sind, so daß ein erster Knoten N1i der Delta-Konfiguration mit dem Eingangsanschluß INi verbunden ist, ein zweiter Knoten N2i der Delta-Konfiguration mit dem Ausgangsanschluß AUSi verbunden ist und der dritte Knoten N3i mit dem kapazitiven Netz CNET, das wiederum durch einen Kondensator C2 wie in Fig. 2a gebildet sein kann, oder direkt mit Masse (wenn der Kondensator C3 fehlt) verbunden ist. Star-delta transformation is commonly used in the field of power electronics, for example, to transform a star-type connection of stator coils into a delta-type configuration of stator coils in an electric motor, as is well known to those of ordinary skill in the art. As shown in Fig. 6, the star-delta transformation results in a configuration in which the three inductor or, in the general case, impedance elements La, Lb, Lc are arranged in a delta configuration so that a first node N1i the delta configuration is connected to the input terminal INi, a second node N2i of the delta configuration is connected to the output terminal AUSi and the third node N3i is connected to the capacitive network CNET, which in turn can be formed by a capacitor C2 as in FIG. 2a , or directly to ground (if capacitor C3 is missing).

Wie voranstehend erläutert, ist der erste Knoten N1i mit dem Kondensator C1 verbunden, der zweite Knoten N2i ist mit dem Kondensator C5 verbunden und der dritte Knoten N3i ist mit einen Kondensator C3 oder einem kapazitiven Netz CNET oder direkt mit Masse in Abhängigkeit von dem Typ der Filterschaltung verbunden.As explained above, the first node is N1i with the Capacitor C1 connected, the second node N2i is connected to the Capacitor C5 connected and the third node N3i is connected to a capacitor C3 or a capacitive network CNET or directly with mass depending on the type of Filter circuit connected.

Aufgrund der Stern-Delta-Transformation werden die folgenden Werte für die Impedanzen (z. B. Induktivitäten) La, Lb, Lc erhalten:
Due to the star-delta transformation, the following values for the impedances (e.g. inductors) La, Lb, Lc are obtained:

Wie voranstehend erwähnt, wenn die Impedanzen L1, L2, L3 alle Induktivitäten sind, dann werden natürlich auch die transformierten Impedanzen Induktivitäten sein. Wenn sie Kapazitäten sind, dann werden La, Lb, Lc Kapazitäten sein, und wenn sie eine Mischung von Spulen und/oder Kondensatoren sind, dann werden auch die Impedanzen La, Lb, Lc eine Mischung von Spulen und/oder Kondensatoren sein.As mentioned above, when the impedances L1, L2, L3 all Are inductors, then of course they will too transformed impedances are inductors. If you Are capacities, then La, Lb, Lc will be capacities, and if they are a mixture of coils and / or capacitors, then the impedances La, Lb, Lc also become a mixture of Coils and / or capacitors.

Deshalb ist die Erfindung nicht spezifisch auf irgendeine spezielle Art von Impedanznetz INET, INET' beschränkt (vorausgesetzt, daß INET eine Stern-Konfiguration ist und INET' eine Delta-Konfiguration ist) und auch das weitere Netz ist optional. In jedem Fall entfernt die Stern-Delta- Transformation gemäß der Erfindung die parasitären Knoten (für Gyrator-Konfigurationen) und die alleinstehenden parasitären Effekte (für den Fall von Induktivitäten, die nicht durch Gyratoren realisiert sind) und beseitigt somit das Instabilitätsproblem der Filterübertragungsfunktion.Therefore, the invention is not specific to any one special type of impedance network INET, INET 'limited (provided that INET is a star configuration and INET 'is a delta configuration) and also the rest of the network is optional. In any case, the star delta removes Transformation according to the invention the parasitic nodes (for Gyrator configurations) and the standalone parasitic Effects (in the case of inductors that are not caused by Gyrators are realized) and thus eliminates that Filter transfer function instability problem.

Nur die Filterkoeffizientenstreuung und die Größe wird mit dieser Transformation vergrößert, da Werte der Impedanzen La, Lb, Lc aufgrund der Transformationen, wie in der Gleichung (1) gezeigt, offensichtlich zunehmen.Only the filter coefficient spread and the size is included this transformation increases because values of the impedances La, Lb, Lc due to the transformations as in equation (1) shown, obviously increasing.

Die Stern-Delta-Transformation kann auch auf ein mehrstufiges analoges Filter angewendet werden, wie in Fig. 7a oder 7b gezeigt. Beim Vergleich der Fig. 7 mit der Fig. 3 sind sämtliche Stern-Typverbindungen in Fig. 3a, 3b durch Delta- Konfigurationen von Spulen ersetzt worden. Deshalb treten auch in dem mehrstufigen Filter die Vorteile der vorliegenden Erfindung auf.The star-delta transformation can also be applied to a multi-stage analog filter, as shown in Fig. 7a or 7b. When comparing FIG. 7 with FIG. 3, all star-type connections in FIGS . 3a, 3b have been replaced by delta configurations of coils. Therefore, the advantages of the present invention also appear in the multi-stage filter.

Wenn jedes Induktorelement, zum Beispiel in der Filterschaltung der Fig. 6, durch aktive Komponenten wie Gyratoren ersetzt wird, kann auch ein aktives Filter wie in den Fig. 8a, 8b gezeigt, von der Stern-Delta-Transformation gemäß der Erfindung profitieren. Deshalb können auch Gyrator-C oder gm-C aktive Filter konstruiert werden, bei denen alleinstehende parasitäre Knoten durch die Stern-Delta- Transformationen der Prototyp-Filter entfernt werden. If each inductor element, for example in the filter circuit of FIG. 6, is replaced by active components such as gyrators, an active filter as shown in FIGS. 8a, 8b can also benefit from the star-delta transformation according to the invention. Therefore, Gyrator-C or gm-C active filters can also be constructed, in which standalone parasitic nodes are removed by the star-delta transformations of the prototype filters.

INDUSTRIAL APPLICABILITY

Die vorliegende Erfindung kann auf irgendeinen Typ von analogem Filter angewendet werden, das Stern-Typ-Verbindungen von Spulen und/oder Kondensatoren aufweist, und ist nicht auf aktive Filter beschränkt, bei denen das Impedanznetz durch Induktoren realisiert ist und bei denen Induktoren durch Gyratoren ersetzt werden. Irgendein Typ von Filterschaltung mit einem Stern-Typ-Impedanznetz INET mit/ohne einem weiteren Netz CNET kann von der Stern-Delta-Transformation gemäß der Erfindung profitieren.The present invention can be applied to any type of analog filter applied, the star-type connections of coils and / or capacitors, and is not on active filters where the impedance network is limited by Is implemented and in which inductors by Gyrators to be replaced. Some type of filter circuit with a star-type impedance network INET with / without another CNET can be transformed from the star-delta transformation according to the Invention benefit.

Ferner kann die Erfindung anders als hier beschrieben, umgesetzt werden, und die Erfindung kann mit vielen anderen Variationen und Modifikationen verwirklicht werden, so wie sie dem Durchschnittsfachmann auf Grundlage der obigen Beschreibung und der Ansprüche erscheinen. Insbesondere kann die Erfindung Merkmale umfassen, die getrennt in der Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben worden sind.Furthermore, the invention can be different from what is described here, implemented, and the invention can be used with many others Variations and modifications can be realized as they are to one of ordinary skill in the art based on the above Description and claims appear. In particular, can the invention encompass features that are separate in the Description and the claims have been described.

Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen nur Verdeutlichungszwecken und engen den Umfang der beigefügten Ansprüche nicht ein.Reference signs in the claims only serve Clarification and narrow the scope of the attached No claims.

Claims

1. Analog filter (IF) with at least one filter stage (FSTi) which has an input connection (INi), an output connection (AUSi) and an impedance network INET 'which is connected between the input and output connections (INi, AUSi) and ground (GND) is switched, has; characterized in that the impedance network (INET ') has three impedance elements (La, Lb, Lc, G2, G3, G4) arranged in a delta configuration, so that a first node (N1i) of the delta configuration with the input connection (INi ) is connected, a second node (N2i) of the delta configuration is connected to the output connection (AUSi) and the third node (N3i) is connected to ground (GND).

2. Analog filter (IF) according to claim 1, characterized in that another network (CNET) between the third nodes (N3i) and ground (GND) is inserted.

3. Analog filter (IF) according to claim 2, characterized in that the impedance network (INET ') three inductors (La, Lb, Lc) or three capacitors or a mixture of Inductors / capacitors in a delta configuration includes.

4. Analog filter (IF) according to claim 3 or 2, characterized in that the other network (CNET) a capacitor or a Inductor or a parallel or serial capacitor Inductor network includes.

5. Analog filter (IF) according to claim 1, marked by a filter stage (FSTi) and an input capacitor (C1) which is between the input terminal (INi) and ground (GND) is connected, and an output capacitor C5, the between the output terminal (AUS1) and ground (GND) is switched.

6. Analog filter (IF) according to claim 3, characterized in that the inductor elements are traces (L2, L4, L3).

7. Analog filter (IF) according to claim 3 or 6, characterized in that the inductor elements each by a pair of Gyrators (G1, G2, G3) are formed.

8. Analog filter (IF) according to claim 4, characterized in that the capacitive network (CNET) has at least one capacitor (C3).

9. Analog filter (IF) according to claim 1, characterized in that the analog filter is a Gyrator-C or gm-C filter.

10. Analog filter (IF) according to claim 1, characterized in that the analog filter a bandpass, a lowpass, a High-pass, a band-stop filter, an all-pass filter or one Combination of filters is.