KR19990063245A - 필터회로 - Google Patents

Abstract

소망 주파수대역의 신호와 방해파 주파수대역의 신호가 단자에서 가변이득회로에 입력되고 이득제어된 후 능동필터에 공급된다. 이러한 출력신호는 리미터회로에 의해 파형형성되고 단자에서 신호데이터 복조회로에 공급된다.

제 1계수회로는 능동 필터신호의 출력신호의 레벨에 소정의 계수를 승산하고, 제 2계수회로는 입력신호레벨에 소정의 계수를 승산하고, 제 1레벨검출회로와 제 2레벨검출회로는 제 1 및 제 2계수회로의 출력레벨을 검출한다. 더욱이, 전환회로는 제 1 및 제 2레벨검출회로의 검출신호의 높은 신호레벨을 제어 가능하게 출력하고 그 출력은 비교기(차동증폭기)에 입력되어 기준신호원의 출력과 비교되고 귀환제어를 통해서 능동필터회로의 출력특성을 안전하게 제공한다.

Description

필터회로{Filter circuit}

본 발명은 소망 주파수대역의 신호를 추출하는데 적합한 필터회로에 관한 것으로 특히 이동체 무선시스템에 있어서 특정채널을 선택하는데 유용한 필터회로에 관한 것이다.

휴대무선전화기, 예를 들어, 이동통신시스템으로서 동작하는 이동무선 또는 휴대형 전화세트에 있어서, 음성데이터는 이러한 무선시스템에 할당된 고주파(GHz) 반송파주파수에 대해서 주파수 분할된 많은 부반송파에 의해 변조되고 더욱이 각 부반송파주파수는 송수신을 목적으로 수십채널의 타임슬롯으로 분할된 특정 주파수대역의 채널로 변조된다.

이러한 이동체 무선시스템에 있어서, 단말에 수신된 입력수신 신호레벨은 작동환경에 의거해 크게 변동하고 이러한 입력수신 신호레벨은 예를 들면 단말과 기지국 사이의 거리와 페이딩(fading)에 의한 레벨변동에 의거해 80dB이상되는 것으로 가정해야 한다.

더욱이, 목적채널의 신호레벨이 낮고 인접하는 채널에 강한 방해파가 존재하는 이러한 열악한 환경을 또한 고려해야 한다.

그러므로, 이중 - 슈퍼 수신시스템의 고주파회로는 일반적으로 이러한 이동체 무선의 송수신시스템에 적용되지만 목적주파수를 정확하게 추출하기 위한 필터회로로서 높은 첨예도와 넓은 다이나믹레인지에 대응하기 위해 벌크소자(bulk element)(saw필터, 압전소자 등등)를 사용한 필터가 주로 사용된다.

그러나, 휴대단말기는 소형 및 경량화가 요구되기 때문에, 예를 들면, 중간주파수단 사이에 제공된 필터회로로서 IC회로로 구성된 능동필터를 사용하는 것이 고려된다.

도 1은 단말기의 수신고주파회로의 일예를 나타낸다.

기지국에서 송신된 전파는 안테나(100)로 수신되고, 예를 들면 저잡음 GaAs FET소자로 구성되는 고주파필터(101)에 의해 증폭되고, 이 신호는 제 1믹서(mixer)(102)에서 공급되어 있는 제 1국부발진기(103)의 신호와 혼합을 통해서 제 1중간주파수로 변환된다. 이 변환된 제 1중간주파수의 소정 주파수대역은 SAW필터(104)에 의해 추출되고 중간증폭기(105)에 의해 증폭된 후 제 1믹서(106)에 공급된다.

소망하는 채널을 선택하기 위해서 제 2국부발진기(107)에서 제 2믹서회로에 신호가 또한 공급되고 그것에 의해 목적채널의 주파수대역의 신호는 제 2중간주파수로 얻어질 수 있다.

그러므로, 능동필터회로(109)가 제 2중간주파수대역의 신호를 선택하기 위해 공급된다. 그러나, 목적 주파수대역의 채널을 선택하는 능동필터회로(109)는 저역 다이나믹레인지를 가지기 때문에, 상기 기술한 것처럼, 이 능동필터회로(109)의 전단에 가변이득증폭기(108)를 제공하고, 가변이득증폭기(108)의 이득이 능동필터의 출력신호레벨을 검출하는 레벨검출회로(110)에서 귀환된 신호에 의해 제어되는 것이 필요하다.

능동필터회로(109)에 의해 추출된 목적 주파수대역의 신호는 리미터회로(111)에 접속된 복수단에 의해 일정한 증폭을 가지도록 파형형성 되고 데이터를 추출하는 신호처리회로(120)에 입력된다.

그러나, 예를 들면, 저항성분 및 용량성분 또는 능동소자(저항기, 증폭기)를 조합함으로써 형성된 인덕턴스성분등을 구성하는 능동필터회로(109)는 단말기의 크기와 무게를 줄이고 또한 전력을 줄이는데 효과적이지만 IC회로에 있어서, 고정밀 주파수 특성을 가지는 필터를 실현하기 위해서 한쌍의 차동 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스를 이용하는 gm-C회로가 종종 사용된다. 그러므로, 이러한 필터회로는 일반적으로 증폭소자가 선형으로 동작하는 안전한 필터특성 범위에서만 동작하도록 제한된다.

더욱이, 능동필터가 높은 첨예도를 갖도록 설계되고 저전압 구동에 의해 저소비전력을 도모하도록 고안될 때, 다음과 같은 문제가 발생된다.

제 1문제는 귀환제어에 의한 귀환루프의 다이나믹레인지이다.

능동필터회로(109)는 내부에 복잡한 귀환루프를 형성함으로써 소정의 주파수를 통과하도록 하는 주파수특성을 갖기 때문에, 이 필터는 일반적으로 선형소자로서 고려되고 그러므로 이 회로가 귀환회로의 루프내에 설치되는 경우에 귀환제어 자체에 문제가 발생한다.

예를 들면, 능동필터회로(109)의 비선형 동작이 단조 증가되지 않는 경우에, 귀환신호의 극성은 반전되고 정상적인 귀환동작은 아마도 유지되지 않는다.

이 경우에, 예를 들면 강한신호가 순간적으로 입력되고 필터회로(109)가 깊게 포화된 후에, 본래 레벨제어 동작이 개시되지 않는 문제가 발생한다.

다음으로, 제 2문제는 수신신호에 대한 다이나믹레인지의 유효한 이용이다.

도 1에 나타낸 것처럼, 능동필터회로(109)의 전단에 가변이득증폭기(108)를 배치해서 능동필터회로(109)의 출력신호레벨을 검출하는데 사용된 신호로 이득제어를 행하면, 능동필터회로(109)를 통과하는 주파수대역의 소망파의 제어레벨(La)은 도 2에 나타낸 것처럼 필터회로에 의해 감쇄되는 주파수대역의 방해파 제어레벨(Lb)과 다르고 이 레벨차는 능동필터회로(109)의 감쇄특성에 의해 유일하게 결정된다.

일반적으로, 능동필터회로(109)로 구성된 각 노드(node)전압의 특성차에 의거해, 통과 주파수대역 내에 있는 소망파 자체의 포화에 의해 소망파의 수신범위(a)의 상한은 저지대역 내의 포화된 방해파로 소망파를 마스킹함으로써 제한된 방해파의 혼합범위(b)의 상한과 다른 레벨을 설정하고 필터의 다이나믹레인지를 효과적으로 이용하기 위해서, 소망파의 제어레벨(La)은 소망파의 수신범위(a)의 상한으로 적절하게 설정되는 반면, 방해파의 제어레벨은 방해파의 혼합범위(b)의 상한에 의거해 적절하게 설정된다.

그러나, 소망파의 제어레벨(La)과 방해파의 제어레벨(Lb)사이의 차가 능동필터회로(109)의 감쇄특성에 의해서만 유일하게 결정되는 경우에, 가장 효과적으로 원하는 레벨만을 제어하면, 다른 레벨은 항상 최적의 레벨로 제어되는 것이 아니고 필터의 동작범위를 효과적으로 이용하는 제어레벨이 설정될 수 없는 문제가 발생된다.

도 1은 적당한 다이나믹레인지를 설정함으로써 능동필터를 이용하는 일예를 나타내는 블록도이다.

도 2는 능동필터회로에 입력된 신호레벨을 설명하는 도이다.

도 3은 본 발명의 필터회로의 일예를 나타내는 블록도이다.

도 4a 및 도 4b는 클립회로의 특성과 입력된 각 주파수대역의 신호레벨을 설명하는 도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 필터회로의 블록도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 필터회로의 블록도이다.

도 7은 이득제어회로를 아날로그회로로 실현하는 회로예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

11. 가변이득회로 12. 능동필터회로

14a, 14b. 계수회로 15a, 15b.레벨검출회로

16. 전환회로 17. 비교기

상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 필터회로는 제 1주파수대역과 제 2주파수대역에 대해서 다른 이득특성을 가지는 필터수단과, 적어도 제 1 및 제 2 주파수대역의 신호를 포함하는 입력신호를 제어하고 레벨제어된 출력신호를 필터수단에 공급하는 이득제어수단과, 필터수단의 출력신호의 레벨을 검출하는 제 1레벨검출수단과, 필터수단의 입력레벨을 검출하는 제 2레벨검출수단과, 제 1 및 제 2레벨검출수단의 검출신호의 고레벨의 검출신호를 출력하는 전환수단을 설치한다.

상기 이득제어수단의 이득은 이 전환수단에서 출력된 신호에 의해 제어된다.

필터수단은 제 1 및 제 2필터수단을 조정가능하게 접속함으로써 구성될 수 있다. 이 경우에, 제어는 제 1레벨검출수단으로 제 1필터회로의 출력레벨을 검출함으로써 수행될 수 있다.

더욱이, 소망주파수 특성을 가지는 제 1필터회로와 제 1필터회로의 특성과 유사한 특성을 가지는 제 2필터회로에 이득제어수단의 출력을 공급하고 제 1검출수단으로 제 2필터회로의 출력신호를 검출함으로써 소망파의 이득제어를 실행하도록 하는 것이 또한 가능하다.

본 발명의 필터회로는 상기 기술한 것처럼 능동필터회로에 입력되어진 신호를 검출하는 제 2레벨검출수단으로 방해파를 포함하는 신호의 레벨을 소정치로 제어하고 능동필터회로에서 출력된 소망파의 신호레벨을 검출하는 제 1레벨검출수단으로 소망파에 대한 제어레벨을 설정하도록 고안되기 때문에, 필터가 비선형 특성을 갖는 경우에도 안전한 레벨제어를 실행할 수 있고 다이나믹레인지를 유효하게 사용할 수 있다.

본 발명의 필터회로의 적의의 실시예를 도 3을 참조하여 설명한다.

도면에 있어서, 안테나, 고주파수증폭기 및 제 1 및 제 2주파수변환기는 도 1과 같은 도면부호로 나타내었다.

필터회로에서 추출된 소망주파수대역의 신호와 방해파의 주파수대역은 단자(10)에서 가변이득회로(11)에 입력되고, 능동소자로 구성된 능동필터회로(12)에 공급되고 능동필터회로(12)의 단자(13)에서 출력신호는 리미터회로에 의해 파형형성되어 신호데이터의 복조회로에 공급된다.

도면부호(14a)는 능동필터회로(12)의 출력신호레벨에 소정의 계수를 승산하기 위한 제 1계수회로를 나타내고, 도면부호(14b)는 능동필터회로(12)의 입력신호레벨에 소정의 계수를 승산하기 위한 제 2계수회로를 나타내고, 도면부호(15a 및 15b)는 각각 제 1 및 제 2계수회로(14a 및 14b)의 출력레벨을 검출하는 제 1 및 제 2레벨검출회로를 나타낸다.

더욱이, 도면부호(16)는 제 1 및 제 2레벨검출회로(15a 및 16b)의 검출신호의 고레벨 신호를 상대적으로 검출 및 출력하는 전환회로를 나타낸다. 예를 들면, 이 전환회로(16)는 차동회로를 이용해서 고레벨 신호를 우선적으로 출력하는 아날로그회로로 구성될 수 있다.

전환회로(16)의 출력은 기준레벨발생기(18)의 출력과 비교하는 비교기(차동증폭기)(17)에 입력된다. 출력은 클립회로(19)를 거쳐서 가변이득회로(11)의 이득을 제어한다.

클립회로(19)는 예를 들면 도 4a에 나타낸 것처럼 입/출력 특성을 갖는데 사용되고 출력특성을 조정함으로써 이득제어의 정도를 조정할 수 있다.

본 발명은 상기 기술한 구성을 갖기 때문에, 선택된 채널에 소망신호의 신호성분(Sa)보다 높은 레벨에 있는 방해신호성분(Sb)이 예를 들면, 도 4b에 나타낸 것처럼 입력된 신호의 인접채널에 존재하는 경우에, 가변이득회로(11)를 통과한 방해신호의 레벨이 계수회로(14b)에 의해 적당하게 변환되고 제 2레벨검출회로(15b)에 의해 검출된다.

전환회로(16)에서는, 레벨검출기(15b)에서 신호가 선택되고 비교기(17)와 클립회로(19)를 거쳐서 가변이득회로(11)의 이득을 제어하도록 출력한다. 결과적으로, 먼저 방해파를 포함하는 입력신호레벨이 제어된 상태에서 출력되도록 이득제어가 실행된다.

즉, 능동필터회로(12)에 의해 저지되는 주파수대역의 방해파는 능동회로(12)가 결코 포화되지 않도록 가변이득회로(11)에 의해 레벨 제어된다.

상기 기술한 것처럼, 동시에 입력되는 소망 주파수신호의 레벨이 방해파 레벨보다 낮게되는 경우에는, 제 2레벨검출회로(15b)에서 출력된 방해파성분(Sb)의 검출신호가 방해파성분의 이득레벨을 억압하도록 이득을 제어한다. 방해파의 레벨이 억압된후에는, 능동필터회로(12)의 출력측에서 통과대역영역을 통해서 감쇄량이 적은 소망파 신호성분(Sa)의 레벨이 방해파의 레벨보다 우수하고 그것에 의해 제 1레벨검출회로(15a)의 출력이 가변이득회로(11)의 이득을 제어한다.

상기 기술한 것처럼, 본 발명의 필터회로는 예를 들면, 수십 KHz의 강한 방해파가 소망파와 함께 인접하는 경우에 능동필터회로(12)의 입력측에서 방해파를 억압하는 기능을 구비한다. 그러므로, 능동필터회로(12)의 이득특성을 단조 증가하지 않는 넓은 다이나믹레인지를 가지는 신호가 입력되는 경우에, 귀환회로는 더 이상 불안전하게 되지 않고 능동필터회로(12)는 수신시에 강력한 방해파가 동시에 입력되는 열악한 상태에서도 포화되기 때문에 그 기능을 실현할 수 없게 락(lock)상태가 되고 불안전한 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 도 2에 나타낸 것처럼 방해파의 주파수대역의 제어범위(b)와 소망파의 제어레벨범위(a)는 레벨검출전에 계수회로(14a 및14b)의 계수치 및 제어루프 전체의 이득을 제어할 수 있는 클립회로(19)의 입/출력 특성을 조정함으로써 유일하게 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 도 3과 같은 부분은 동일한 도면부호로 나타내었다.

본 실시예에서, 능동필터회로(12)는 조정가능하게 접속된 2개 이상의 필터회로(12P, 12Q)에 의해 다단 필터회로로서 구성된다.

소망파의 이득을 조정하는 제 1레벨검출회로(15a)는 다단 접속된 중간필터, 예를 들면 12P의 출력을 검출한다.

본 실시예의 회로는 다단회로로 형성하고 복잡한 귀환루프와 다수의 필터단을 구비하는 능동필터회로(12)를 포함한다. 따라서, 비교적 선형 입/출력 특성과 넓은 다이나믹레인지를 가지는 전단의 필터회로에서 귀환신호를 얻고 소망파에 대한 이득제어를 실행함으로써 지연량이 적은 귀환제어가 구성되고 안전성의 향상을 확보할 수 있다.

도 6은 능동필터회로(12)가 거의 동일한 특성을 가지는 2개의 필터를 병렬로 접속함으로써 구성되는 것을 제외하고 도 3과 같은 이득제어 방법을 실행하는 본 발명의 다른 실시예이다.

이 경우에, 능동필터회로(12S)는 소망 주파수특성을 가지는 필터로 구성되는 반면 필터회로(12R)는 필터회로(12S)와 유사한 더미회로로 구성된다.

더미회로는 소망신호파를 선택하는 필터특성과 유사한 특성으로 형성되어 용이하게 구성될 수 있고 귀환회로는 위상마진과 이득마진 등을 고려하여 안전하게 동작하도록 설계된다.

이 경우에, 실제 신호통로는 제어신호통로와 다르기 때문에, 제 2필터회로(12R)는 충분한 S/N을 가지는 신호레벨에 레벨을 조정함으로써 사용될 수 있다.

도 7은 능동필터회로의 이득제어를 실행하는 제어회로를 아날로그회로로 형성하는 경우의 회로예를 나타낸다.

본 도면에서는, 제 1레벨검출부(DA1)는 능동필터의 입력신호(In1)를 검출하는 제 1계수장치와 제 1레벨검출기가 차동회로를 형성하는 트랜지스터(Q1, Q2)와 출력트랜지스터(Q3, Q4)로 구성된다.

더욱이, 제 2레벨검출부(DA2)는 능동필터회로의 입력신호(In2)를 검출하는 제 2계수장치와 제 2레벨검출기가 차동회로를 형성하는 트랜지스터(Q5, Q6)와 출력트랜지스터(Q7, Q8)로 구성된다. 이들 회로에 차동입력이 인가될 수 있지만 불안정한 입력도 인가될 수 있다.

저항(R1 및 R2)의 비(ratio) R1/R2와 저항(R3 및 R4)의 비 R3/R4는 제 1 및 제 2계수치를 설정하고 이들 저항치는 방해파의 제어레벨과 소망파의 제어레벨을 결정할 수 있다.

출력트랜지스터(Q3, Q4 및 Q7, Q8)에 의해 계수로 배수된 소망레벨의 신호가 준성의 신호로서 검출되고 이들 레벨검출부(DA1, DA2)의 출력트랜지스터에서 출력된 전류(I1 및 I2)는 공통접속되어 정전류원(Io)으로 흡수된다.

출력트랜지스터(Q3, Q4 및 Q7, Q8)에서 공급된 고레벨 신호전류의 일부가 다음 적분회로부(DA3)를 형성하는 차동형 트랜지스터(Q9)에 공급되고, 다른 트랜지스터(Q10)에 공급된 기준전압(Vref1)과 비교된다. 그것에 의해, 이들 전압차는 캐패시터(C)를 충전한다.

캐패시터는 소정의 기준전압(Vref1)보다 높은 신호가 입력될 때 전류 밀러회로를 형성하는 트랜지스터(Q11, Q12)에서 전류를 수신하고 그 전위를 높인다.

캐패시터에 충전된 직류성분 신호는 전류전압부(DA4)를 형성하는 차동 트랜지스터(Q13, Q14)에 있어서 기준전압(Vref2)과 더 비교되고 차동신호성분에 대응하는 전류는 입력신호레벨이 소정의 레벨로 설정되도록 가변이득회로(11)의 이득을 제어한다.

여기에서, 전류전압변환부(DA4)에 설치된 전류원(I1, I2)이 일정치로 설정되면, 캐패시터의 입력신호전압(Vc)이 기준전압(Vref2)보다 낮으면 출력전류는 일정치(I1)가 되고 캐패시터의 입력신호전압(Vc)이 높으면 I1 - I2의 전류가 출력되도록 제어된다. 즉, 전류로 이득이 제어되는 가변이득회로(11)의 제어특성과 정합(matching)되도록 조정된다.

전환회로에 대응하는 전류는 에미터가 정전류원(Io)에 공통으로 접속됨으로써 구성되고 트랜지스터(Q3, Q4)의 전파정류출력과 트랜지스터(Q7, Q8)의 전파정류출력중 큰 것이 다른 검출회로에 역바이어스를 가하고 큰 정류출력이 우선적으로 다음 적분회로부(DA3)에 입력된다.

상기 기술한 것처럼, 본 발명의 필터회로는 전단에 가변이득회로를 설치하고 이 가변이득회로의 이득이 접속되어 있는 능동필터회로의 입력측의 신호레벨과 출력측 신호에 의해 제어되기 때문에, 능동필터를 통과하는 주파수대역과 저지된 주파수대역의 신호성분 사이에 큰 차이가 있으면, 각 주파수대역에 소망제어레벨이 가해지고 능동필터회로가 비선형 특성인 경우에도 소망주파수는 안전하게 추출될 수 있다.

더욱이, 능동필터회로가 복잡한 귀환회로로 인해 단조 증가되지 않는 특성을 갖는 경우에도, 필터특성에 의거해 주파수를 선택하는 기능은 유지될 수 있고 특히 소형화 및 경량화가 요구되고 있는 이동체 통신시스템에 본 발명의 능동필터회로가 사용되는 때에 실용적인 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 필터회로에 있어서,

   제 1주파수대역의 신호를 통과시키고 제 2주파수대역의 신호를 저지하는 필터수단과,

   적어도 상기 제 1 및 제 2주파수대역의 신호를 포함하는 입력신호를 제어하고 상기 필터수단에 레벨제어된 출력신호를 공급하는 가변이득수단과,

   상기 필터수단의 출력레벨을 검출하는 제 1레벨검출수단과,

   상기 필터수단의 입력신호의 레벨을 검출하는 제 2레벨검출수단과,

   상기 제 1 및 제 2레벨검출수단의 검출신호중에서 높은 레벨의 검출신호를 출력하는 전환수단을 구비하고, 그것에 의해 상기 가변이득수단의 이득이 상기 전환수단에서 출력된 신호에 의해 제어되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터회로.
2. 제 1항에 있어서,

   신호가 제 1 및 제 2계수회로를 거쳐서 상기 제 1 및 제 2레벨검출수단에 각각 입력되는 것을 특징으로 하는 필터회로.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 필터수단은 제 1 및 제 2필터회로를 조정가능하게 접속되어 구성되고 상기 제 1필터회로의 출력레벨이 상기 제 1레벨검출수단에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 필터회로.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 필터수단은 상기 제 1필터회로의 특성과 유사한 특성을 가지는 제 1필터회로와 제 2필터회로를 병렬접속하여 구성되고 상기 제 2필터회로의 출력신호는 상기 제 1레벨검출수단에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 필터회로.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 전환수단이 차동증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 필터회로
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가변이득수단의 이득이 상기 전환수단의 출력전류로 발생된 제어신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 필터회로.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 필터수단은 이동체 무선수신기 내에 제 2중간주파수를 추출하는 주파수 특성이 주어지는 것을 특징으로 하는 필터회로.