JP5554183B2 - Bandpass filter - Google Patents
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Description
本発明は、スーパーヘテロダイン受信機などに用いられる複素バンドパスフィルタに関する。 The present invention relates to a complex bandpass filter used in a superheterodyne receiver or the like.
図４は、一般的なスーパーヘテロダイン受信機の構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１参照）。図４において、スーパーヘテロダイン受信機は、高周波信号などが入力される入力端子ＲＦＩＮと、低雑音の高周波増幅器ＲＦＡＭＰと、局部発振器ＶＣＯと、２分周器ＤＩＶと、Ｉ信号およびＱ信号に対応して設けられたミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２と、ＩＦフィルタ（ＩＦ−Ｆｉｌｔｅｒ）ＩＦＦと、中間周波増幅器ＩＦＡＭＰと、出力端子ＩＦＯＵＴとを含んで構成されている。
このような構成において、周波数がｆRFの入力信号が入力端子ＲＦＩＮに入力されると、低雑音の高周波増幅器ＲＦＡＭＰで増幅され、２つのミキサＭＩＸ１およびＭＩＸ２にそれぞれ入力される。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a general superheterodyne receiver (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 4, the superheterodyne receiver corresponds to an input terminal RFIN to which a high frequency signal or the like is input, a low noise high frequency amplifier RFAMP, a local oscillator VCO, a divide by two DIV, an I signal, and a Q signal. Mixers MIX1 and MIX2, an IF filter (IF-Filter) IFF, an intermediate frequency amplifier IFAMP, and an output terminal IFOUT.
In such a configuration, when an input signal having a frequency of f RF is input to the input terminal RFIN, it is amplified by the low noise high frequency amplifier RFAMP and input to the two mixers MIX1 and MIX2, respectively.
局部発振器ＶＣＯは、周知の電圧制御発振器によって構成され、ローカル信号ＬＯＩ、ＬＯＱの周波数ｆLOの２倍の周波数２ｆLOで発振した信号を出力する。この周波数２ｆLOで発振した信号は２分周器ＤＩＶに入力される。２分周器ＤＩＶは、位相が９０度ずれた（つまり直交する）ローカル信号ＬＯＩ、ＬＯＱを出力する。ローカル信号ＬＯＩはミキサＭＩＸ１へ入力され、ローカル信号ＬＯＱはミキサＭＩＸ２へ入力される。 The local oscillator VCO is constituted by a known voltage controlled oscillator, and outputs a signal oscillated at a frequency 2f LO that is twice the frequency f LO of the local signals LOI and LOQ. The signal oscillated at the frequency 2f LO is input to the divide-by-2 divider DIV. The two-frequency divider DIV outputs local signals LOI and LOQ whose phases are shifted by 90 degrees (that is, orthogonal). The local signal LOI is input to the mixer MIX1, and the local signal LOQ is input to the mixer MIX2.
ミキサＭＩＸ１、ＭＩＸ２では、周波数がｆRFの入力信号について、ローカル信号ＬＯＩ、ＬＯＱによる周波数変換が行われる。ミキサＭＩＸ１、ＭＩＸ２では周波数変換が行われ、２つの周波数の差分に相当する周波数ｆRF−ｆLO、および、２つの周波数を足し合わせた周波数ｆRF＋ｆLOや高調波などの周波数ｆIFの信号が出力される。これにより、ミキサＭＩＸ１から出力信号ＩＦ＿ｉ、ミキサＭＩＸ２から出力信号ＩＦ＿ｑがそれぞれ出力され、ＩＦフィルタＩＦＦに入力される。 In the mixer MIX1, MIX2, frequency about f RF of the input signal, the local signal LOI, the frequency conversion by LOQ performed. The mixers MIX1 and MIX2 perform frequency conversion, a frequency f RF −f LO corresponding to the difference between the two frequencies, and a signal of a frequency f IF such as a frequency f RF + f LO or a harmonic wave obtained by adding the two frequencies. Is output. As a result, the output signal IF_i is output from the mixer MIX1, and the output signal IF_q is output from the mixer MIX2, and is input to the IF filter IFF.
ローＩＦの受信機では、周波数ｆRF−ｆLO以外の不要な信号はＩＦフィルタＩＦＦで除去される。入力信号の周波数ｆRFのイメージ周波数である２ｆLO−ｆRFについては、符号は異なるが同じ周波数に周波数変換されるため、通常、イメージフィルタでイメージ周波数の信号が除去される。ＩＦフィルタＩＦＦから出力される信号は中間周波増幅器ＩＦＡＭＰで増幅されて、適切な振幅の信号として出力端子ＩＦＯＵＴから出力される。 In the low IF receiver, unnecessary signals other than the frequency f RF −f LO are removed by the IF filter IFF. Since 2f LO -f RF, which is the image frequency of the frequency f RF of the input signal, is frequency-converted to the same frequency although having a different sign, the image frequency signal is usually removed by the image filter. The signal output from the IF filter IFF is amplified by the intermediate frequency amplifier IFAMP and output from the output terminal IFOUT as a signal having an appropriate amplitude.
図５は、ＩＦフィルタＩＦＦを構成する複素バンドパスフィルタの従来の構成を示す回路図である（例えば、特許文献２参照）。ＩＦフィルタＩＦＦは、直交する出力信号ＩＦ＿ｉ、ＩＦ＿ｑを入力とし、出力信号ＩＦ＿ｉが差動信号として入力される入力端子ＩＰおよびＩＮ、出力信号ＩＦ＿ｑが差動信号として入力される入力端子ＱＰおよびＱＮ、を有している。本例のＩＦフィルタＩＦＦは、Ｉ信号側、Ｑ信号側に、ローパスフィルタをそれぞれ縦続接続した構成になっている。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional configuration of a complex bandpass filter constituting the IF filter IFF (see, for example, Patent Document 2). The IF filter IFF receives the orthogonal output signals IF_i and IF_q, the input terminals IP and IN to which the output signal IF_i is input as a differential signal, the input terminals QP and QN to which the output signal IF_q is input as a differential signal, have. The IF filter IFF of this example has a configuration in which low-pass filters are cascade-connected to the I signal side and the Q signal side, respectively.
すなわち、図５中の破線で囲われた部分が基本的なユニットのローパスフィルタである。この部分に着目すると、入力端子ＩＰは、抵抗Ｒ１ａｉｐを介して全差動オペアンプＯＰ１ｉのプラス側に接続されている。また、入力端子ＩＮは、抵抗Ｒ１ａｉｎを介して全差動オペアンプＯＰ１ｉのマイナス側に接続されている。
オペアンプＯＰ１ｉのマイナス側の出力とプラス側の入力との間には、抵抗Ｒ１ｂｉｐと容量Ｃ１ｉｐとが並列に接続されている。オペアンプＯＰ１ｉのプラス側の出力とマイナス側の入力との間には、抵抗Ｒ１ｂｉｎと容量Ｃ１ｉｎとが並列に接続されている。
That is, a portion surrounded by a broken line in FIG. 5 is a basic unit low-pass filter. Focusing on this part, the input terminal IP is connected to the plus side of the fully differential operational amplifier OP1i via a resistor R1aip. The input terminal IN is connected to the negative side of the fully differential operational amplifier OP1i via a resistor R1ain.
A resistor R1 bip and a capacitor C1ip are connected in parallel between the negative output and the positive input of the operational amplifier OP1i. A resistor R1bin and a capacitor C1in are connected in parallel between the positive side output and the negative side input of the operational amplifier OP1i.
以上が、基本的な１次ローパスフィルタの構成である。
図５では、以上の構成からなるローパスフィルタのブロックが、入力端子ＩＰ、ＩＮ、ＱＰ、ＱＮと、出力端子ＯＩＮ、ＯＩＰ、ＯＱＮ、ＯＱＰとの間に、Ｉ信号側に３段、Ｑ信号側に３段、それぞれ縦続接続された構成になっている。なお、この接続段数は４段以上であってもよい。
The above is the basic configuration of the first-order low-pass filter.
In FIG. 5, the block of the low-pass filter having the above configuration has three stages on the I signal side between the input terminals IP, IN, QP, and QN and the output terminals OIN, OIP, OQN, and OQP, on the Q signal side. The three stages are connected in cascade. The number of connection stages may be four or more.
また、Ｉ信号側とＱ信号側との間には抵抗によって帰還をかけた構成になっている。すなわち、全差動オペアンプＯＰ１ｑのマイナス側の出力は、抵抗Ｒ１ｃｉｐを介して全差動オペアンプＯＰ１ｉのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ１ｑのプラス側の出力は、抵抗Ｒ１ｃｉｎを介して全差動オペアンプＯＰ１ｉのマイナス側の入力部（つまりサミングノード）に接続されている。全差動オペアンプＯＰ１ｉのマイナス側の出力は、抵抗Ｒ１ｃｑｐを介して全差動オペアンプＯＰ１ｑのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ１ｉのプラス側の出力は、抵抗Ｒ１ｃｑｎを介して全差動オペアンプＯＰ１ｑのマイナス側の入力部（つまりサミングノード）に接続されている。
なお、入力端子ＱＰは、抵抗Ｒ１ａｑｐを介して全差動オペアンプＯＰ１ｑのプラス側に接続されている。また、入力端子ＱＮは、抵抗Ｒ１ａｑｎを介して全差動オペアンプＯＰ１ｑのマイナス側に接続されている。
Further, feedback is applied between the I signal side and the Q signal side by a resistor. That is, the negative output of the fully differential operational amplifier OP1q is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP1i via the resistor R1cip. The positive side output of the fully differential operational amplifier OP1q is connected to the negative side input part (that is, summing node) of the fully differential operational amplifier OP1i via the resistor R1cin. The negative output of the fully differential operational amplifier OP1i is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP1q via a resistor R1cqp. The plus side output of the fully differential operational amplifier OP1i is connected to the minus side input section (that is, summing node) of the fully differential operational amplifier OP1q through the resistor R1cqn.
The input terminal QP is connected to the plus side of the fully differential operational amplifier OP1q via a resistor R1aqp. The input terminal QN is connected to the negative side of the fully differential operational amplifier OP1q via a resistor R1aqn.
オペアンプＯＰ１ｑのマイナス側の出力とプラス側の入力との間には、抵抗Ｒ１ｂｑｐと容量Ｃ１ｑｐとが並列に接続されている。オペアンプＯＰ１ｑのプラス側の出力とマイナス側の入力との間には、抵抗Ｒ１ｂｑｎと容量Ｃ１ｑｎとが並列に接続されている。
１段目のＩ信号側の出力信号は、抵抗Ｒ２ａｉｐ、Ｒ２ａｉｎ、を介してオペアンプＯＰ２ｉに入力される。オペアンプＯＰ２ｉのマイナス側の出力とプラス側の入力との間には、抵抗Ｒ２ｂｉｐと容量Ｃ２ｉｐとが並列に接続されている。オペアンプＯＰ２ｉのプラス側の出力とマイナス側の入力との間には、抵抗Ｒ２ｂｉｎと容量Ｃ２ｉｎとが並列に接続されている。
A resistor R1bqp and a capacitor C1qp are connected in parallel between the negative output and the positive input of the operational amplifier OP1q. A resistor R1bqn and a capacitor C1qn are connected in parallel between the positive side output and the negative side input of the operational amplifier OP1q.
The output signal on the I signal side of the first stage is input to the operational amplifier OP2i via the resistors R2aip and R2ain. A resistor R2 bip and a capacitor C2ip are connected in parallel between the negative output and the positive input of the operational amplifier OP2i. A resistor R2bin and a capacitor C2in are connected in parallel between the positive output and the negative input of the operational amplifier OP2i.
１段目のＱ信号側の出力信号は、抵抗Ｒ２ａｑｐ、Ｒ２ａｑｎ、を介してオペアンプＯＰ２ｑに入力される。オペアンプＯＰ２ｑのマイナス側の出力とプラス側の入力との間には、抵抗Ｒ２ｂｑｐと容量Ｃ２ｑｐとが並列に接続されている。オペアンプＯＰ２ｑのプラス側の出力とマイナス側の入力との間には、抵抗Ｒ２ｂｑｎと容量Ｃ２ｑｎとが並列に接続されている。 The output signal on the Q signal side of the first stage is input to the operational amplifier OP2q via the resistors R2aqp and R2aqn. A resistor R2bqp and a capacitor C2qp are connected in parallel between the negative output and the positive input of the operational amplifier OP2q. A resistor R2bqn and a capacitor C2qn are connected in parallel between the positive output and the negative input of the operational amplifier OP2q.
全差動オペアンプＯＰ２ｑのマイナス側の出力は、抵抗Ｒ２ｃｉｐを介して全差動オペアンプＯＰ２ｉのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ２ｑのプラス側の出力は、抵抗Ｒ２ｃｉｎを介して全差動オペアンプＯＰ２ｉのマイナス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ２ｉのマイナス側の出力は、抵抗Ｒ２ｃｑｐを介して全差動オペアンプＯＰ２ｑのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ２ｉのプラス側の出力は、抵抗Ｒ２ｃｑｎを介して全差動オペアンプＯＰ２ｑのマイナス側の入力部に接続されている。
２、３段目も同様に、Ｉ側全差動オペアンプの出力部とＱ側の全差動オペアンプの入力部との間、および、Ｑ側全差動オペアンプの出力部とＩ側の全差動オペアンプの入力部との間は抵抗によって接続される。
The negative output of the fully differential operational amplifier OP2q is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP2i via a resistor R2chip. The positive output of the fully differential operational amplifier OP2q is connected to the negative input portion of the fully differential operational amplifier OP2i via a resistor R2cin. The negative output of the fully differential operational amplifier OP2i is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP2q via a resistor R2cqp. The positive output of the fully differential operational amplifier OP2i is connected to the negative input portion of the fully differential operational amplifier OP2q via a resistor R2cqn.
Similarly in the second and third stages, the difference between the output part of the I-side fully differential operational amplifier and the input part of the Q-side fully differential operational amplifier and the total difference between the output part of the Q-side fully differential operational amplifier and the I side. The input unit of the dynamic operational amplifier is connected by a resistor.
すなわち、２段目のＩ信号側の出力信号は、抵抗Ｒ３ａｉｐ、Ｒ３ａｉｎ、を介してオペアンプＯＰ３ｉに入力される。オペアンプＯＰ３ｉのマイナス側の出力とプラス側の入力との間には、抵抗Ｒ３ｂｉｐと容量Ｃ３ｉｐとが並列に接続されている。オペアンプＯＰ３ｉのプラス側の出力とマイナス側の入力との間には、抵抗Ｒ３ｂｉｎと容量Ｃ３ｉｎとが並列に接続されている。 That is, the output signal on the I signal side in the second stage is input to the operational amplifier OP3i via the resistors R3aip and R3ain. Between the negative output and the positive input of the operational amplifier OP3i, a resistor R3bip and a capacitor C3ip are connected in parallel. A resistor R3bin and a capacitor C3in are connected in parallel between the positive side output and the negative side input of the operational amplifier OP3i.
２段目のＱ信号側の出力信号は、抵抗Ｒ３ａｑｐ、Ｒ３ａｑｎ、を介してオペアンプＯＰ３ｑに入力される。オペアンプＯＰ３ｑのマイナス側の出力とプラス側の入力との間には、抵抗Ｒ３ｂｑｐと容量Ｃ３ｑｐとが並列に接続されている。オペアンプＯＰ３ｑのプラス側の出力とマイナス側の入力との間には、抵抗Ｒ３ｂｑｎと容量Ｃ３ｑｎとが並列に接続されている。 The output signal on the Q signal side of the second stage is input to the operational amplifier OP3q via resistors R3aqp and R3aqn. A resistor R3bqp and a capacitor C3qp are connected in parallel between the negative output and the positive input of the operational amplifier OP3q. A resistor R3bqn and a capacitor C3qn are connected in parallel between the positive side output and the negative side input of the operational amplifier OP3q.
全差動オペアンプＯＰ３ｑのマイナス側の出力は、抵抗Ｒ３ｃｉｐを介して全差動オペアンプＯＰ３ｉのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ３ｑのプラス側の出力は、抵抗Ｒ３ｃｉｎを介して全差動オペアンプＯＰ３ｉのマイナス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ３ｉのマイナス側の出力は、抵抗Ｒ３ｃｑｐを介して全差動オペアンプＯＰ３ｑのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ３ｉのプラス側の出力は、抵抗Ｒ３ｃｑｎを介して全差動オペアンプＯＰ３ｑのマイナス側の入力部に接続されている。 The negative output of the fully differential operational amplifier OP3q is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP3i via a resistor R3chip. The positive output of the fully differential operational amplifier OP3q is connected to the negative input portion of the fully differential operational amplifier OP3i via a resistor R3cin. The negative output of the fully differential operational amplifier OP3i is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP3q via a resistor R3cqp. The positive output of the fully differential operational amplifier OP3i is connected to the negative input portion of the fully differential operational amplifier OP3q through a resistor R3cqn.
ローＩＦ受信機では、Ｉ信号、Ｑ信号のうち、Ｉ信号側もしくはＱ信号側のみ出力する、もしくは、出力端子ＯＩＰの出力信号と出力端子ＯＱＰの出力信号とを加算し、出力端子ＰＩＮの出力信号と出力端子ＯＱＮの出力信号とを加算して出力するということも可能である。このような複素バンドパスフィルタの各段の定数を適切に設定することにより、バンドパスフィルタが実現される。 The low IF receiver outputs only the I signal side or the Q signal side of the I signal and the Q signal, or adds the output signal of the output terminal OIP and the output signal of the output terminal OQP to output the output terminal PIN. It is also possible to add and output the signal and the output signal of the output terminal OQN. A bandpass filter is realized by appropriately setting the constants of each stage of such a complex bandpass filter.
図６は、図５の回路構成によって実現されるフィルタの周波数特性である。図６においては、横軸が周波数（Ｌｏｇ＿ｆ）、縦軸がゲインである。
図６中の上側の曲線は、プラス側の周波数の周波数応答特性である。信号通過帯域では、フラットな周波数特性を持ち、ある周波数よりも高くなると減衰する特性を持つ。ＤＣ付近も信号通過帯よりも低いゲインを持つ。
FIG. 6 shows the frequency characteristics of the filter realized by the circuit configuration of FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents frequency (Log_f) and the vertical axis represents gain.
The upper curve in FIG. 6 is the frequency response characteristic of the positive frequency. The signal pass band has a flat frequency characteristic, and has a characteristic that attenuates when it becomes higher than a certain frequency. The vicinity of DC also has a lower gain than the signal passband.
一方、図６中の下側の曲線は、マイナス側の周波数の周波数応答特性である。すべての周波数でプラス側の周波数よりも低いゲインをもち、信号通過帯でも大きな減衰量を持つ。図４を参照して説明した、周波数ｆRF−ｆLO（＝ｆIF）は、フィルタで減衰されずフィルタを通過する。また、周波数ｆRF＋ｆLOといった高調波成分や、他の周波数の１より大きい周波数は、フィルタのローパス特性により減衰されて除去される。また、イメージ周波数は信号帯域のマイナス側で、これも複素バンドパスフィルタにより除去される。 On the other hand, the lower curve in FIG. 6 is the frequency response characteristic of the negative frequency. All frequencies have gains lower than the positive frequency, and have large attenuation even in the signal passband. The frequency f RF −f LO (= f IF ) described with reference to FIG. 4 passes through the filter without being attenuated by the filter. In addition, harmonic components such as frequency f RF + f LO and other frequencies greater than 1 are attenuated and removed by the low-pass characteristic of the filter. The image frequency is on the negative side of the signal band, and is also removed by a complex bandpass filter.
信号通過帯域が狭い場合、図５に示した複素バンドパスフィルタは、イメージリジェクションの帯域内の偏差が小さく、かつ、イメージリジェクションをとることができるため、この回路形式が有効である。しかし、信号通過帯域が広く、信号通過帯域内の最大の周波数と最小の周波数との比が大きい場合（すなわち、ＩＦ周波数が低い場合）、最小周波数側でのイメージリジェクションが小さいという問題がある。
本発明の目的は、上述した問題を解決し、信号通過帯域の広い範囲において、より大きな減衰特性を実現できるバンドパスフィルタを提供することである。
When the signal pass band is narrow, the complex band pass filter shown in FIG. 5 has a small deviation within the band of image rejection and can take image rejection, so this circuit form is effective. However, when the signal passband is wide and the ratio between the maximum frequency and the minimum frequency in the signal passband is large (that is, when the IF frequency is low), there is a problem that image rejection on the minimum frequency side is small. .
An object of the present invention is to provide a bandpass filter that solves the above-described problems and can realize a larger attenuation characteristic in a wide range of a signal passband.
本発明によるバンドパスフィルタは、差動増幅手段によって構成されるローパスフィルタ部が複数段縦続接続されてなり、入力される差動信号について所定の周波数帯域のみ通過させる特性を有するバンドパスフィルタであって、
複数段縦続接続された前記ローパスフィルタ部は、
ローカルＩ入力信号が入力され、縦続接続複数のローパスフィルタ部を介して、ローカルＩ出力信号が生成されるＩ側フィルタ部と、
前記ローカルＩ入力信号より位相が９０度ずれたローカルＱ入力信号が入力され、縦続接続された複数のローパスフィルタ部を介して、ローカルＱ出力信号が生成されるＱ側フィルタ部と、
を備え、
前記Ｉ側フィルタ部のｋ（ｋは２以上の自然数）番目のローパスフィルタ部の出力が前記Ｑ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに夫々入力され、
一端が前記Ｑ側フィルタ部のｎ（ｎは自然数、１≦ｎ≦ｋ）番目のローパスフィルタ部の入力に接続され、他端が前記Ｉ側フィルタ部のｎ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに接続される第１容量素子を備えることを特徴とする。この構成により、オペアンプによって構成されたローパスフィルタ部を用いて、信号通過帯域において、マイナス側について大きな減衰特性を実現するバンドパスフィルタを構成できる。
The band-pass filter according to the present invention is a band-pass filter having a characteristic that allows only a predetermined frequency band to pass through an input differential signal by connecting a plurality of stages of low-pass filter units constituted by differential amplifying means. And
The low-pass filter unit connected in cascade in a plurality of stages is
An I-side filter unit that receives a local I input signal and generates a local I output signal through a plurality of cascaded low-pass filter units;
A Q-side filter unit that receives a local Q input signal that is 90 degrees out of phase with the local I input signal and generates a local Q output signal through a plurality of cascaded low-pass filter units;
With
The output of the k-th low-pass filter unit of the k-side low-pass filter unit is input to the k-th low-pass filter unit k (k is a natural number of 2 or more) of the I-side filter unit,
One end is connected to the input of the nth (n is a natural number, 1 ≦ n ≦ k) low pass filter unit of the Q side filter unit, and the other end is connected to the summing node of the nth low pass filter unit of the I side filter unit A first capacitor element to be connected is provided. With this configuration, it is possible to configure a band-pass filter that realizes a large attenuation characteristic on the minus side in the signal pass band by using a low-pass filter unit configured by an operational amplifier .
また、一端が前記Ｑ側フィルタ部のｍ（ｍは自然数かつｍ≠ｎ、１≦ｍ≦ｋ）番目のローパスフィルタ部の入力に接続され、他端が前記Ｉ側フィルタ部のｍ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに接続される第２容量素子をさらに備えていてもよい。この構成により、全差動増幅器によって構成されたローパスフィルタ部を用いて、信号通過帯域において、マイナス側について大きな減衰特性を実現するバンドパスフィルタを構成できる。 One end is connected to the input of the m-th low-pass filter unit of the Q-side filter unit (m is a natural number, m ≠ n, 1 ≦ m ≦ k), and the other end is the m-th low-pass unit of the I-side filter unit. You may further provide the 2nd capacitive element connected to the summing node of a filter part. With this configuration, it is possible to configure a band pass filter that realizes a large attenuation characteristic on the minus side in the signal pass band by using the low pass filter unit configured by a fully differential amplifier.
さらに、前記ローパスフィルタ部は、演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端子に接続される第１抵抗素子と、前記演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続される第２抵抗素子及び第３容量素子と、を有し、
前記Ｉ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部の出力は、第３抵抗素子を介して、前記Ｑ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに夫々入力されるように構成してもよい。この構成により、演算増幅器によって構成されたローパスフィルタ部を用いて、信号通過帯域において、マイナス側のみについて大きな減衰特性を実現するバンドパスフィルタを構成できる。
Further, the low-pass filter unit includes an operational amplifier, a first resistance element connected to the input terminal of the operational amplifier, a second resistance element connected between the input terminal and the output terminal of the operational amplifier, and a second resistance element. 3 capacitive elements,
The output of the k-th low-pass filter unit of the I-side filter unit may be input to the summing node of the k-th low-pass filter unit of the Q-side filter unit via a third resistance element. Good. With this configuration, it is possible to configure a band-pass filter that realizes a large attenuation characteristic only on the minus side in the signal pass band by using a low-pass filter unit configured by an operational amplifier.
なお、前記ローパスフィルタ部は、第１トランスコンダクタンスアンプと、前記第１トランスコンダクタンスアンプと縦続接続されかつ入力と出力が接続される第２トランスコンダクタンスアンプと、前記第１及び第２トランスコンダクタンスアンプの接続点に設置される第３容量素子と、を有し、
前記Ｉ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部の出力は、第３トランスコンダクタンスアンプを介して、前記Ｑ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに夫々入力されるように構成してもよい。この構成により、トランスコンダクタンスアンプによって構成されたローパスフィルタ部を用いて、信号通過帯域において、マイナス側のみについて大きな減衰特性を実現するバンドパスフィルタを構成できる。
The low-pass filter unit includes a first transconductance amplifier, a second transconductance amplifier connected in cascade with the first transconductance amplifier, and connected to an input and an output, and the first and second transconductance amplifiers. A third capacitive element installed at the connection point;
The output of the k-th low-pass filter unit of the I-side filter unit is input to the summing node of the k-th low-pass filter unit of the Q-side filter unit via a third transconductance amplifier. Also good. With this configuration, it is possible to configure a band-pass filter that realizes a large attenuation characteristic only on the minus side in the signal pass band by using a low-pass filter unit configured by a transconductance amplifier.
本発明によれば、複数縦続接続されたローパスフィルタの一部を、ノッチフィルタにすることにより、信号通過帯域の広い範囲において、より大きな減衰特性を実現できるという効果が得られる。 According to the present invention, by using a part of a plurality of cascaded low-pass filters as a notch filter, it is possible to obtain an effect that a larger attenuation characteristic can be realized in a wide range of a signal pass band.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（回路構成例）
図１は本発明の実施形態による複素バンドパスフィルタの回路構成例を示す図である。図１の複素バンドパスフィルタは、差動信号のマイナス側の周波数にのみゼロ点を追加した構成になっている。つまり、図１の回路構成が図６の構成と異なる点は、３段目のオペアンプの入力部に容量Ｃｚｉｐ、Ｃｚｉｎ、Ｃｚｑｐ、Ｃｚｑｎが接続されている点である。すなわち、全差動オペアンプＯＰ２ｑのプラス側の出力は容量Ｃｚｉｐを介して全差動オペアンプＯＰ３Ｉのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ２ｑのマイナスの出力は容量Ｃｚｉｎを介して全差動オペアンプＯＰ３ｉのマイナス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ２ｉのマイナス側の出力は、容量Ｃｚｑｐを介して全差動オペアンプＯＰ３ｑのプラス側の入力部に接続されている。全差動オペアンプＯＰ２ｉのプラス側の出力は、容量Ｃｚｑｎを介して全差動オペアンプＯＰ３ｑのマイナス側の入力部に接続されている。
なお、本例では容量を配置した場所は、３段目のオペアンプの入力部であるが、他の場所に配置してもよい。例えば、１段目もしくは２段目に配置してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to in the following description, the same parts as those in the other drawings are denoted by the same reference numerals.
(Circuit configuration example)
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration example of a complex bandpass filter according to an embodiment of the present invention. The complex bandpass filter of FIG. 1 has a configuration in which a zero point is added only to the negative frequency of the differential signal. That is, the circuit configuration of FIG. 1 is different from the configuration of FIG. 6 in that capacitors Czip, Czin, Czqp, and Czqn are connected to the input portion of the third-stage operational amplifier. That is, the plus side output of the fully differential operational amplifier OP2q is connected to the plus side input portion of the fully differential operational amplifier OP3I via the capacitor Czip. The negative output of the fully differential operational amplifier OP2q is connected to the negative input portion of the fully differential operational amplifier OP3i via a capacitor Czin. The negative output of the fully differential operational amplifier OP2i is connected to the positive input portion of the fully differential operational amplifier OP3q via a capacitor Czqp. The positive output of the fully differential operational amplifier OP2i is connected to the negative input portion of the fully differential operational amplifier OP3q via a capacitor Czqn.
In this example, the capacitor is disposed at the input portion of the third-stage operational amplifier, but may be disposed at another location. For example, it may be arranged on the first stage or the second stage.
（周波数特性）
この図１の回路構成における周波数応答特性を示した図が図２である。図２においては、横軸が周波数（Ｌｏｇ＿ｆ）、縦軸がゲインである。
図２中の上側の曲線は、プラス側の周波数の周波数応答特性である。上述したように、ローパスフィルタの１つがノッチフィルタに置き換えられたため、高周波側の減衰特性が、図６の場合に比べて低下する。
(Frequency characteristic)
FIG. 2 is a diagram showing frequency response characteristics in the circuit configuration of FIG. In FIG. 2, the horizontal axis represents frequency (Log_f), and the vertical axis represents gain.
The upper curve in FIG. 2 is the frequency response characteristic of the positive frequency. As described above, since one of the low-pass filters is replaced with a notch filter, the attenuation characteristic on the high frequency side is lower than that in the case of FIG.
一方、図２中の下側の曲線は、マイナス側の周波数の周波数応答特性である。図２の場合、信号通過帯域の低い周波数にゼロ点が追加されているため、信号通過帯域の広い領域で大きな減衰特性を実現することができる。図２は、ゼロ点の個数が１つの場合を示しているが、他の段のオペアンプの入力部に容量を追加して、ゼロ点の個数を２つ以上としてもよい。 On the other hand, the lower curve in FIG. 2 is the frequency response characteristic of the negative frequency. In the case of FIG. 2, since the zero point is added to the low frequency of the signal pass band, a large attenuation characteristic can be realized in a wide region of the signal pass band. FIG. 2 shows the case where the number of zero points is one, but it is also possible to add two or more zero points by adding a capacitor to the input part of the operational amplifier in another stage.
（変形例）
図３は、オペアンプで構成した図１の回路を、トランスコンダクタンスアンプ（ＯＴＡ）と容量とで構成した回路図である。入力端子はＩＰ、ＩＮ、ＱＰ、ＱＮ、出力端子はＯＩＮ、ＯＩＰ、ＯＱＮ、ＯＱＰである。
図３において、破線で囲われた部分が基本的なユニットのローパスフィルタである。この部分に着目すると、入力端子ＩＰとＩＮとはそれぞれトランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉのプラス側とマイナス側に接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉの出力間には、容量Ｃ１ｉが接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉのマイナス側の出力は、トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ｂｉのプラス側の入力部とマイナス側の出力部とに接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉのプラス側の出力は、トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ｂｉのマイナス側の入力部とプラス側の出力部が接続されている。
(Modification)
FIG. 3 is a circuit diagram in which the circuit of FIG. 1 configured with an operational amplifier is configured with a transconductance amplifier (OTA) and a capacitor. Input terminals are IP, IN, QP, and QN, and output terminals are OIN, OIP, OQN, and OQP.
In FIG. 3, the portion surrounded by a broken line is a basic unit low-pass filter. Focusing on this part, the input terminals IP and IN are connected to the plus side and the minus side of the transconductance amplifier gm1ai, respectively. A capacitor C1i is connected between the outputs of the transconductance amplifier gm1ai. The negative output of the transconductance amplifier gm1ai is connected to the positive input part and the negative output part of the transconductance amplifier gm1bi. The output on the plus side of the transconductance amplifier gm1ai is connected to the input side on the minus side and the output side on the plus side of the transconductance amplifier gm1bi.
以上が、基本的な１次ローパスフィルタの構成である。図３ではこの構成を３段縦続に接続している。この段数は４以上であってもよい。このようなローパスフィルタを縦続接続したブロックをＩ信号側とＱ信号側とに配置する。つまり、本例では、トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉ、ｇｍ１ｂｉ、ｇｍ２ａｉ、ｇｍ２ｂｉ、ｇｍ３ａｉ、ｇｍ３ｂｉ、および、容量Ｃ１ｉ、Ｃ２ｉ、Ｃ３ｉによってＩ信号側に３段縦続接続され、トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｑ、ｇｍ１ｂｑ、ｇｍ２ａｑ、ｇｍ２ｂｑ、ｇｍ３ａｑ、ｇｍ３ｂｑ、および、容量Ｃ１ｑ、Ｃ２ｑ、Ｃ３ｑによってＱ信号側に３段縦続接続された構成になっている。 The above is the basic configuration of the first-order low-pass filter. In FIG. 3, this configuration is connected in three stages. The number of stages may be 4 or more. A block in which such low-pass filters are cascaded is arranged on the I signal side and the Q signal side. That is, in this example, the transconductance amplifiers gm1ai, gm1bi, gm2ai, gm2bi, gm3ai, gm3bi and the capacitors C1i, C2i, C3i are cascade-connected to the I signal side in three stages, and the transconductance amplifiers gm1aq, gm1bq, gm2q, gm2q, gm2q, gm2q , Gm3aq, gm3bq, and capacitors C1q, C2q, C3q, and three stages cascaded on the Q signal side.
また、Ｉ信号側とＱ信号側との間にはトランスコンダクタンスアンプによって帰還をかける。すなわち、トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉのプラス側とマイナス側の出力は、それぞれトランスコンダクタンスアンプｇｍ１ｃｉのマイナス側とプラス側の入力に接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ｃｉのマイナス側とプラス側の出力は、それぞれトランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｑのマイナス側とプラス側の出力部に接続されている。そして、トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｑのプラス側とマイナス側の出力は、それぞれトランスコンダクタンスアンプｇｍ１ｃｉのマイナス側とプラス側の入力に接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ１ｃｑのマイナス側とプラス側の出力は、それぞれトランスコンダクタンスアンプｇｍ１ａｉのマイナス側とプラス側の出力部に接続されている。 Further, feedback is applied between the I signal side and the Q signal side by a transconductance amplifier. That is, the positive and negative outputs of the transconductance amplifier gm1ai are connected to the negative and positive inputs of the transconductance amplifier gm1ci, respectively. The minus side and plus side outputs of the transconductance amplifier gm1ci are connected to the minus side and plus side output portions of the transconductance amplifier gm1aq, respectively. The positive and negative outputs of the transconductance amplifier gm1aq are connected to the negative and positive inputs of the transconductance amplifier gm1ci, respectively. The minus side and plus side outputs of the transconductance amplifier gm1cq are connected to the minus side and plus side output portions of the transconductance amplifier gm1ai, respectively.
２、３段目も同様に、トランスコンダクタンスアンプｇｍ２ｃｉ、ｇｍ２ｃｑ、ｇｍ３ｃｉ、ｇｍ３ｃｑによって、Ｉ側トランスコンダクタンスアンプの出力部とＱ側のトランスコンダクタンスの入力部との間、および、Ｑ側全差動オペアンプの出力部とＩ側の全差動オペアンプの入力部との間はトランスコンダクタンスアンプによって接続されている。 Similarly, in the second and third stages, the transconductance amplifiers gm2ci, gm2cq, gm3ci, and gm3cq are used to connect between the output unit of the I-side transconductance amplifier and the input unit of the Q-side transconductance, and the Q-side fully differential operational amplifier. Are connected by a transconductance amplifier.
さらに、容量Ｃｚｉｐ、Ｃｚｉｎ、Ｃｚｑｐ、Ｃｚｑｎが接続されている。すなわち、トランスコンダクタンスアンプｇｍ３ａｉのマイナス側の出力部は、容量Ｃｚｉｐを介してトランスコンダクタンスアンプｇｍ２ａｑのプラス側の出力に接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ３ａｉのプラス側の出力部は、容量Ｃｚｉｎを介してトランスコンダクタンスアンプｇｍ２ａｑのマイナス側の出力に接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ３ａｑのマイナス側の出力は、容量Ｃｚｑｐを介してトランスコンダクタンスアンプｇｍ２ａｉのマイナス側の出力に接続されている。トランスコンダクタンスアンプｇｍ３ａｑのプラス側の出力は、容量Ｃｚｑｎを介してトランスコンダクタンスアンプｇｍ２ａｉのプラス側に接続されている。
このような構成において、複素バンドパスフィルタの各段のトランスコンダクタンス及び容量の定数を適切に設定することにより、図２のようにゼロ点が追加された周波数特性を有するバンドパスフィルタが実現される。
Further, capacitors Czip, Czin, Czqp, Czqn are connected. That is, the negative output part of the transconductance amplifier gm3ai is connected to the positive output of the transconductance amplifier gm2aq via the capacitor Czip. The positive output part of the transconductance amplifier gm3ai is connected to the negative output of the transconductance amplifier gm2aq via the capacitor Czin. The negative output of the transconductance amplifier gm3aq is connected to the negative output of the transconductance amplifier gm2ai via the capacitor Czqp. The output on the plus side of the transconductance amplifier gm3aq is connected to the plus side of the transconductance amplifier gm2ai via the capacitor Czqn.
In such a configuration, by appropriately setting the transconductance and capacitance constant of each stage of the complex bandpass filter, a bandpass filter having a frequency characteristic with a zero point added as shown in FIG. 2 is realized. .
Ｒ１ａｉｐ〜Ｒ３ａｉｐ、Ｒ１ａｉｎ〜Ｒ３ａｉｎ
Ｒ１ａｑｐ〜Ｒ３ａｑｐ、Ｒ１ａｑｎ〜Ｒ３ａｑｎ
Ｒ１ｂｉｐ〜Ｒ３ｂｉｐ、Ｒ１ｂｉｎ〜Ｒ３ｂｉｎ
Ｒ１ｂｑｐ〜Ｒ３ｂｑｐ、Ｒ１ｂｑｎ〜Ｒ３ｂｑｎ
Ｒ１ｃｉｐ〜Ｒ３ｃｉｐ、Ｒ１ｃｉｎ〜Ｒ３ｃｉｎ
Ｒ１ｃｑｐ〜Ｒ３ｃｑｐ、Ｒ１ｃｑｎ〜Ｒ３ｃｑｎ … 抵抗
Ｃ１ｉｐ〜Ｃ３ｉｐ、Ｃ１ｉｎ〜Ｃ３ｉｎ
Ｃ１ｑｐ〜Ｃ３ｑｐ、Ｃ１ｑｎ〜Ｃ３ｑｎ
Ｃｚｉｐ、Ｃｚｉｎ、Ｃｚｑｐ、Ｃｚｑｎ
Ｃ１ｉ〜Ｃ３ｉ、Ｃ１ｑ〜Ｃ３ｑ … 容量
ｇｍ１ａｉ〜ｇｍ３ａｉ、ｇｍ１ｂｉ〜ｇｍ３ｂｉ
ｇｍ１ａｑ〜ｇｍ３ａｑ、ｇｍ１ｂｑ〜ｇｍ３ｂｑ
ｇｍ１ｃｉ〜ｇｍ３ｃｉ、ｇｍ１ｃｑ〜ｇｍ３ｃｑ … トランスコンダクタンスアンプ
ＯＰ１ｉ〜ＯＰ３ｉ、ＯＰ１ｑ〜ＯＰ３ｑ … オペアンプ
R1aip to R3aip, R1ain to R3ain
R1aqp to R3aqp, R1aqn to R3aqn
R1bip to R3bip, R1bin to R3bin
R1bqp to R3bqp, R1bqn to R3bqn
R1cip-R3cip, R1cin-R3cin
R1cqp to R3cqp, R1cqn to R3cqn ... Resistors C1ip to C3ip, C1in to C3in
C1qp-C3qp, C1qn-C3qn
Czip, Czin, Czqp, Czqn
C1i to C3i, C1q to C3q ... Capacity gm1ai to gm3ai, gm1bi to gm3bi
gm1aq to gm3aq, gm1bq to gm3bq
gm1ci to gm3ci, gm1cq to gm3cq ... transconductance amplifiers OP1i to OP3i, OP1q to OP3q ... operational amplifiers
Claims (4)
複数段縦続接続された前記ローパスフィルタ部は、
ローカルＩ入力信号が入力され、縦続接続複数のローパスフィルタ部を介して、ローカルＩ出力信号が生成されるＩ側フィルタ部と、
前記ローカルＩ入力信号より位相が９０度ずれたローカルＱ入力信号が入力され、縦続接続された複数のローパスフィルタ部を介して、ローカルＱ出力信号が生成されるＱ側フィルタ部と、
を備え、
前記Ｉ側フィルタ部のｋ（ｋは２以上の自然数）番目のローパスフィルタ部の出力が前記Ｑ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに夫々入力され、
一端が前記Ｑ側フィルタ部のｎ（ｎは自然数、１≦ｎ≦ｋ）番目のローパスフィルタ部の入力に接続され、他端が前記Ｉ側フィルタ部のｎ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに接続される第１容量素子を備えることを特徴とするバンドパスフィルタ。 A low-pass filter unit configured by differential amplification means is cascaded in a plurality of stages, and is a band-pass filter having a characteristic of allowing only a predetermined frequency band to pass through an input differential signal,
The low-pass filter unit connected in cascade in a plurality of stages is
An I-side filter unit that receives a local I input signal and generates a local I output signal through a plurality of cascaded low-pass filter units;
A Q-side filter unit that receives a local Q input signal that is 90 degrees out of phase with the local I input signal and generates a local Q output signal through a plurality of cascaded low-pass filter units;
With
The output of the k-th low-pass filter unit of the k-side low-pass filter unit is input to the k-th low-pass filter unit k (k is a natural number of 2 or more) of the I-side filter unit,
One end is connected to the input of the nth (n is a natural number, 1 ≦ n ≦ k) low pass filter unit of the Q side filter unit, and the other end is connected to the summing node of the nth low pass filter unit of the I side filter unit A band-pass filter comprising a first capacitive element to be connected .
一端が前記Ｑ側フィルタ部のｍ（ｍは自然数かつｍ≠ｎ、１≦ｍ≦ｋ）番目のローパスフィルタ部の入力に接続され、他端が前記Ｉ側フィルタ部のｍ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに接続される第２容量素子をさらに備えることを特徴とするバンドパスフィルタ。 In claim 1 ,
One end is connected to the input of the m-th low-pass filter unit (m is a natural number and m ≠ n, 1 ≦ m ≦ k) of the Q-side filter unit, and the other end is the m-th low-pass filter unit of the I-side filter unit A bandpass filter, further comprising a second capacitor connected to the summing node.
前記ローパスフィルタ部は、演算増幅器と、前記演算増幅器の入力端子に接続される第１抵抗素子と、前記演算増幅器の入力端子と出力端子との間に接続される第２抵抗素子及び第３容量素子と、を有し、
前記Ｉ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部の出力は、第３抵抗素子を介して、前記Ｑ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに夫々入力されることを特徴とするバンドパスフィルタ。 In claim 1 or 2 ,
The low-pass filter unit includes an operational amplifier, a first resistance element connected to the input terminal of the operational amplifier, a second resistance element and a third capacitor connected between the input terminal and the output terminal of the operational amplifier. An element, and
The output of the k-th low-pass filter unit of the I-side filter unit is input to the summing node of the k-th low-pass filter unit of the Q-side filter unit via a third resistance element, respectively. Path filter.
前記ローパスフィルタ部は、第１トランスコンダクタンスアンプと、前記第１トランスコンダクタンスアンプと縦続接続されかつ入力と出力が接続される第２トランスコンダクタンスアンプと、前記第１及び第２トランスコンダクタンスアンプの接続点に設置される第３容量素子と、を有し、
前記Ｉ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部の出力は、第３トランスコンダクタンスアンプを介して、前記Ｑ側フィルタ部のｋ番目のローパスフィルタ部のサミングノードに夫々入力されることを特徴とするバンドパスフィルタ。 In claim 1 or 2 ,
The low-pass filter unit includes a first transconductance amplifier, a second transconductance amplifier connected in cascade with the first transconductance amplifier and connected to an input and an output, and a connection point between the first and second transconductance amplifiers. A third capacitive element installed in
The output of the kth low-pass filter unit of the I-side filter unit is input to the summing node of the kth low-pass filter unit of the Q-side filter unit via a third transconductance amplifier, respectively. Bandpass filter.
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