SE516523C2 - Filterarrangemang och metod för filtrering och impedansomvandling - Google Patents

Description

.uno > owe. v . . 10 15 20 25 30 516 523 2 telefonisidan i ett ADSL system har en impedans som liknar transmissionsledningens, vilket beskrivs av John Cook och Phil Sheppard i ”ADSL and VADSL Splitter Design and Telephony Performance", IEEE Journal on selected areas in communications, vol. 13, no. 9, december 1995. Då kopparpar- kabel har komplex impedans är önskvärt att även filtrets impedans är komplex. Det är dock inte möjligt att tillverka förlustfria passiva filter med komplex impedans, men genom att inbädda det passiva filtret mellan impedansomvandlare s.k. GIC:ar (General Impedance Converter) framstår filtrets impedans som komplex utanför impedansomvandlarna. Denna teknik beskrivs i den ovan nämnda artikeln av John Cook och Phil Sheppard samt i det europeiska patentet EP0742972.

GIC:ar kan realiseras på flera olika sätt, exempelvis såsom beskrivs i något av de tidigare nämnda dokumenten eller såsom beskrivs i den svenska patentansökningen SE9800240-5.

Ett problem med ovanstående kända teknik är att filter är mycket dyra. I ett ADSL-system krävs två splitterfilter per abonnent, så om kostnaden för ett filter kan reduceras kan stora besparingar göras. Av denna anledning strävar man efter att tillverka filter med så få och så billiga komponenter som möjligt, vilket måste vägas mot att filtren kan göras effektivare ju fler komponenter de har. I valet av filter måste således kostnad och kvalitet vägas mot varandra.

REnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Såsom nämnts ovan utgör kostnaden för splitterfilter en ansenlig del av den totala kostnaden i ett telekom- munikationssystem där information skickas i olika frekvens- band, såsom ett ADSL- eller VADSL-system. Det är därför önskvärt att tillverka splitterfilter bestående av så få och så billiga komponenter som möjligt. Induktorer och komponenter innefattande induktorer, såsom filterspolar och transformatorer, är dyra komponenter som det är önskvärt att 10 15 20 25 30 3 ha så få som möjligt av i ett splitterfilter. Ett problem är dock att hos ett filter med få filterspolar' finns färre frihetsgrader för att justera filtrets effektivitet än hos ett filter med många filterspolar. Ett filter med många filterspolar kan således ges bättre egenskaper, exempelvis bättre spärrdämpning eller jämnare passband, än ett med få spolar.

Enligt ett första betraktelsesätt angriper föreliggande uppfinning problemet hur ett filterarrangemang kan konstrueras med färre induktorer för att uppnå lägre kostnad samtidigt som filterarrangemangets egenskaper inte försämras, samt hur en metod för frekvensfiltrering och impedansomvandling kan kräva så få induktorer soul möjligt utan att försaka kvalitén.

Enligt ett andra betraktelsesätt angriper föreliggande uppfinning problemet hur ett filterarrangemang kan ges bättre egenskaper utan att det totala antalet induktorer i filterarrangemanget ökar, samt hur en. metod för frekvens- filtrering och impedansomvandling kan förbättras utan att fler induktorer tas i bruk. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att åstad- komma ett effektivt och prisvärt filter, samt att åstadkomma en effektiv och prisvärd Inetod för frekvensfiltrering och impedansomvandling.

Uppfinningen löser problemet enligt nämnda första betraktelsesätt genom att integrera filtret och en till filtret ansluten impedansomvandlare. Detta åstadkommes genom att en redan befintlig filterspole ges en extra lindning och utnyttjas både som filterkomponent och som komponent i impedansomvandlaren. Filterspolen, med den extra lindningen kan ersätta en transformator i impedansomvandlaren vilket medför en besparing på en induktor. 10 15 20 25 30 516 523 4 Uppfinningen löser problemet enligt nämnda andra betraktelsesätt genom att integrera filtret åoch en till filtret ansluten impedansomvandlare. Detta åstadkommes genom att en transformator i impedansomvandlaren ersätts av en komponent med två lindningar. Denna komponent har impedansomvandlande verkan samtidigt som en av lindningarna utnyttjas som filterspole. Därigenom ges filterarrangemanget ytterligare en aktiv filterkomponent, utan att det totala aktiva förbättra antalet induktorer ökar. Den ytterligare filterkomponenten kan användas för att filterarrangemangets egenskaper.

Uppfinningen åstadkommer således enligt både det första och andra betraktelsesättet ett effektivt filterarrangemang och innefattande en enhet vilken både en metod integrerad fungerar som impedansomvandlare och filter.

Uppfinningen enligt det första betraktelsesättet hänför sig till det fall då ett filter med åtminstone en filterspole (GIC), vilken Impedansomvandlaren känner av en flankeras av åtminstone en impedansomvandlare omfattar en transformator. elektrisk storhet i eller i anslutning till filtret och adderar en seriespänning, vilken är beroende av den avkända elektriska storheten, till kretsen. Enligt uppfinningen kan filterspolen ges en extra lindning och ersätta transformatorn med bibehållen filterverkan och med Detta S amma adderade GIC-seriespänning. åstadkoms genom att filterspolens extra lindning strömmatas med strömmen I så att en emk e' induceras i filterspolen. Strömmen I väljs så att den blir lika med GIC- med den extra inducerade emkn e' seriespänningen. Filterspolen lindningen fungerar samtidigt även som frekvensfiltrerande komponent i filtret och ger filterverkan samma som den ursprungliga Uppfinningen kan således, enligt det första bidra till en transformator per GIC jämfört med tidigare känd teknik. filterspolen. betraktelsesättet, besparing på en 10 15 20 25 30 516 523 5 Uppfinningen enligt det andra betraktelsesättet hänför sig till det fall då ett splitterfilter flankeras av åtminstone (GIC), transformator. Impedansomvandlaren känner av en elektrisk en impedansomvandlare vilken omfattar en storhet i eller' i anslutning till filtret och adderar en seriespänning, vilken är beroende"av den avkända elektriska storheten, till kretsen. Enligt uppfinningen kan transformatorn ersättas av en komponent med två lindningar, där en första lindning utnyttjas som aktiv filterkomponent samt alstrar GIC-spänningen e genom att en andra lindning strömmatas med strömmen I så att en emk e' induceras i den första lindningen. Strömmen I väljs så att den inducerade emkn e' blir_ lika med GIC-spänningen e. Den första lindningen med aktiv filterverkan kan användas för att förbättra filtrets egenskaper. enligt det andra betraktelsesättet bidra till att ett Uppfinningen kan således, effektivare filterarrangemang och en effektivare metod skapas, vilka nyttjar samma antal induktorer som ett motsvarande filterarrangemang och en motsvarande metod enligt tidigare känd teknik. Detta åstadkoms genom att öka antalet induktorer med aktiv filterverkan utan att öka det totala antalet induktorer i filterarrangemanget.

En fördel med uppfinningen enligt det första betraktelse- sättet är att ett billigare filterarrangemang och en billigare metod för att separera information som sänds i olika frekvensband i ett telekommunikationssystem kan konstrueras utan att filterverkan försämras. Ett filter- arrangemang enligt uppfinningen blir billigare än kända lösningar med motsvarande filterverkan eftersom det kan konstrueras med färre dyra transformatorer. Ytterligare en fördel med uppfinningen enligt det första betraktelsesättet att filterarrangemanget enligt uppfinningen tar mindre plats transformatorer är än tidigare kända lösningar då förhållandevis stora komponenter. anu- un.. a 10 15 20 25 516 525 6 En fördel med uppfinningen enligt det andra betraktelse- sättet är att man kan konstruera ett filterarrangemang och i olika filter- en metod för att separera information som sänds frekvensband i ett telekommunikationssystem, där arrangemanget har bättre filterverkan än tidigare kända lösningar med samma antal induktörer och där metoden till- handahåller bättre filterverkan än tidigare kända metoder som nyttjar samma antal induktorer. Ännu en fördel med uppfinningen enligt både det första och det andra betraktelsesättet är att ett filterarrangemang och en metod för att separera information som sänds i olika frekvensband i ett telekommunikationssystem kan konstrueras, där de ingående induktorerna utnyttjas mer effektivt än i känd motsvarande metoder teknik. filterarrangemang och enligt Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade figurer.

FIGURBESKRIVNING Fig. 1 visar ett blockschema över en del av ett tele- kommunikationssystem omfattande ett splitterfilter.

Fig. 2 visar ett kretsschema över ett filterarrangemang enligt tidigare känd teknik.

Fig. 3 visar ett kretsschema över en del av ett uppfinnings- enligt filterarrangemang.

Fig. 4 visar ett kretsschema över ett filterarrangemang enligt uppfinningens första betraktelsesätt.

Fig. 5 visar ett kretsschema över ett filterarrangemang enligt uppfinningens andra betraktelsesätt. a. v. »nyss 10 15 20 25 30 1. u n . nu u o of fl ' ' , ' "2 ."~n 1 n n q u o o u a n o u : u . ' . I . ' , . - . - u a Q .v a u ' . _ ' _ , u. ... .n- H; ":'% - . . . .

- . . Q I O I OI II IQ I 0 Ü, 7 Fig. 6 visar kretsschema över ett filterarrangemang enligt både uppfinningens första och andra betraktelsesätt.

Fig. 7 visar ett kretsschema över en alternativ utförings- form av ett filterarrangemang enligt uppfinningens betraktelsesätt. ~ första Fig. 8 visar ett kretsschema över en utföringsfonn av ett uppfinningsenligt filterarrangemang i balanserat utförande.

Fig. 9 visar ett kretsschema över ett filterarrangemang där uppfinningen tillämpats på ett sjätte gradens filter.

Fig. 10 visar ett kretsschema över en alternativ utförings- form av ett uppfinningsenligt filterarrangemang i balanserat utförande.

Fig. ll visar ett kretsschema över en utföringsform av ett uppfinningsenligt filterarrangemang med lâgpass- impedansomvandlande funktion.

FÖREDRAGNA Uwfönmssrommn I fig. l visas en del av ett telekommunikationssystem l anpassat för ADSL, Splitterfiltret 2 har vilken omfattar ett splitterfilter 2. till att dela kommunikationssignaler som inkommer över en transmissions- uppgift upp tele- ledning 3 till en abonnentutrustning eller en telestation 4 i ADSL-signaler och POTS-signaler.

ADSL-mottagare 5 i ADSL-signalerna mottas därefter av en abonnent- utrustningen/telestationen 4 medan POTS-signalerna dirigeras POTS använder frekvensbandet upp till 4 kHz medan ADSL utnyttjar till abonnentens telefon/telestationens linjekort 6. högre frekvenser vanligtvis 25-1000 kHz. Därför placeras ett högpassfilter 7 mellan transmissionsledningen 3 och ADSL- mottagaren 5, för att släppa igenom de högfrekventa ADSL- POTS-trafiken. Ett Sätt signalerna och spärra làgpassfilter- arrangemang 8 släpper på motsvarande igenom POTS- 10 15 20 25 30 516 523.: , o , ,, .g u v: nova 0 8 trafiken till telefonen/linjekortet 6 och spärrar ADSL- signalerna.

I fig. 2 visas lågpassfilterarrangemanget 8, enligt tidigare känd teknik i_ detalj, i obalanserat utförande. I enlighet med vad som beskrivits ovan, under teknikens ståndpunkt, är det önskvärt att lågpassfilterarrangemanget 8 har komplex impedans sett från transmissionsledningen för att trans- missionsegenskaperna ska bli så bra som möjligt. Av denna anledning inbäddas ett passivt lågpassfilter 9 nællan två impedansomvandlare 10A, lOB. Impedansomvandlarna 10A, lOB tillser att lågpassfiltret 9, med reell impedans, förefaller ha komplex impedans sett från transmissionsledningen 13 och från telefonen/linjekortet 6. I det här fallet är utgångs- punkten att telefonen/linjekortet 6 är inställt pà att arbeta mot en komplex impedans, men om så inte är fallet är det fördelaktigt att utesluta impedansomvandlaren lOB så att telefonen/linjekortet 6 uppfattar en reell impedans hos filterarrangemanget 8. Filtret 9 i fig. 2 omfattar två spolar Ll, L2 och tre kondensatorer C1,C2,C3. Impedans- omvandlarna 10A, lOB adderar vardera en spänning i serie med filtret 9, den s.k. GIC-spänningen e. Impedansomvandlarna 10A, lOB känner av en spänning in mot filtret i punkterna lO1A respektive 101B och avger seriespänningen e, som är beroende av den avkända spänningen u. I det i fig. 2 visade obalanserade utförandet av lågpassfilterarrangemanget 8 är den avkända spänningen u spänningen mellan punkten lOlA respektive lO1B och jord, men i balanserat utförande är det spänningen mellan de balanserade ingångarna som avkännes.

Impedansomvandlaren 10A/lOB omfattar en kondensator C4A/C4B, två resistorer RlA/RIB och R2A/R2B, en förstärkare l02A/lO2B och en transformator l03A/lO3B med en första och en andra lindning kring en kärna, där den andra lindningen är ansluten till jord 104. Kondensatorn C4A/C4B ger impedans- omvandlaren 10A/lOB en högpassfunktion vilket innebär att - nan- . . uu.- 10 15 20 25 30 516 523 9 den är transparent för låga frekvenser, men förstärker höga frekvenser.

GIC-spänningen e kan beräknas enligt formeln e=kmyu, där kmc är impedansomvandlarens förstärkningsfaktor och u är den nämnda avkända spänningen.

Uppfinningens idé enligt det första betraktelsesättet är att skapa GIC-spänningen e genom att inducera en emk e' som är lika med e :i en redan befintlig filterspole. Emkn e' kan induceras direkt genom att injicera en ström IL genom filter- spolen och ges av formeln d=jaJJ¿, där j är imaginära enheten J-1 och w är vinkelfrekvensen. Om IL väljs så att e'=e blir impedansomvandlarens transformator överflödig. För att inte påverka filterarrangemanget i övrigt skulle man dock. behöva injicera strömmen IL i ena änden av filterspolen och plocka ut den i den andra änden.

Detta kan åstadkommas med hjälp av två strömkällor som får arbeta i motfas såsom visas i fig. 3. Två strömgeneratorer 105, 106 styrs av en förstärkare 107 med två balanserade utgångar. I figuren visas med pilar hur en ström i injiceras i filterspolen Ll. Detta är dock inte den mest attraktiva lösningen. Den kräver många komponenter (fyra ström- generatorer i balanserat utförande), strömkällorna måste och det är svårt att vilket kunna arbeta vid höga fasfel filtrets överföringsfunktion. spänningar strömkällorna, kan störa Ett betydligt mer attraktivt undvika mellan sätt att skapa emkn e' på är att göra det indirekt, via I fig. 4 visas ett filterarrangemang på Den numrering som använts är densamma som i fig. ömsesidig induktion. enligt uppfinningen där induktion utnyttjas detta sätt. ömsesidig 10 15 20 25 30 35 516 = 10 2 i de fall där motsvarighet i en komponent i fig. 2. lätta teknik. klar Detta för att under- känd en komponent i fig. 4 har en jämförelsen mellan uppfinningen och tidigare Fig. 4 visar ett lågpassfilterarrangemang 8A enligt uppfinningen, som om det jämförs med filterarrangemanget 8 känd teknik i fig. 2 uppfinningen enligt det första betraktelsesättet, enligt tidigare illustrerar d.v.s. färre känd filterarrangemanget 8A enligt uppfinningen har induktorer än filterarrangemanget 8 enligt tidigare teknik. Filterarrangemanget 8A omfattar en impedans- omvandlare l0B, ioß i fig. 2, vilken är identisk med impedansomvandlaren samt en integrerad enhet ll som funktionellt sett motsvaras av filtret 9 och iflpedansomvandlaren 10A i fig. 2.

Cl, C2, Den integrerade enheten omfattar tre kondensatorer C3 och två spolar L1, L2 med aktiv filterverkan.

Dessa komponenter motsvarar filterkomponenterna i filtret 9 i fig. 2. Spolen Ll utnyttjas i den integrerade enheten både som aktiv filterkomponent och för att alstra GIC-spänningen e. GIC-spänningen e alstras genom att spolen Ll förses med en extra lindning L3 pà en gemensanl kärna 112. Den extra lindningen L3 strömmatas med strömmen I och ger genom ömsesidig induktion upphov till en inducerad emk e' i spolen Ll. I väljs så att den inducerade emkn e' blir lika med GIC- spänningen e. Strömmen I alstras av en strömgenerator 110 och är beroende av spänningen u in mot filterarrangemanget punkten 1llA. I ll en förstärkare lO2A, vilken avkännes i övrigt omfattar den integrerade enheten vilken alstrar en styrsignal till strömgeneratorn 110 och två resistorer RIA, R2A vilka har betydelse för den integrerade enhetens impedansomvandlande egenskaper och som motsvarar samma komponenter i impedansomvandlaren 10A i fig. 2. En kondensator CSA medverkar till att den integrerade enheten ll, som impedansomvandlare, får samma överföringsfunktion som impedansomvandlaren lOA i fig. 2 och en kondensator C6A uno 10 15 20 25 30 u u o o en v 516 523 11 .nu . u a o al a ø u u o o o II spärrar likström in mot förstärkaren 102A. Filterverkan för lâgpassfilterarrangemanget 8A är densamma som. för filter- arrangemanget 8 i fig. 2, men det innehåller en transformator mindre vilket ger ett mindre och billigare filterarrangemang.

Emkn e' som induceras i filterspolen L1 genom ömsesidig induktion kan beräknas som d=flM'Åg-I, där k är kopplingsfaktorn mellan Ll och L3. För att emkn e' skall vara lika med GIC-spänningen e måste strömmen I, med vilken den extra lindningen L3 matas, uppfylla kmC'u fw/a/LIL; ' I: Fig. 5 visar ett lågpassfilterarrangemang 8B enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen. I jämförelse med fig. 2 visar filterarrangemanget 8B uppfinningen enligt det andra betraktelsesättet, d.v.s. filterarrangemanget har, jämfört med det tidigare kända filterarrangemanget 8 i fig. 2, försetts med ytterligare en filterspole utan att det totala antalet induktorer har ökat. För att underlätta jämförelsen mellan uppfinningen och tidigare känd teknik är numrering i fig. 5 densamma som i fig. 2 i de fall där en komponent i fig. 5 har en klar motsvarighet i en komponent i fig. 2.

Filterarrangemanget 8B omfattar en impedansomvandlare 10A, 2 och som funktionellt sett motsvarar vilken är identisk med impedansomvandlaren lOA i fig. en integrerad enhet llA, impedansomvandlaren lOB i fig. 2 samt ett lågpassfilter med Den integrerade C2, C3 och två en filterspole mer än filtret 9 i fig. 2. enheten 11A omfattar tre kondensatorer Cl, uu~u ~uun 10 15 20 25 30 35 12 spolar L1, L2 med aktiv filterverkan.

Dessa komponenter motsvarar filterkomponenterna i filtret 9 i ifig. 2. Den integrerade enhet 11A omfattar dessutom ytterligare en spole L4 med aktiv filterverkan, vilken även utnyttjas för att alstra GIC-spänningen e. GIC-spänningen e alstras genom att spolen L4 förses med en extra lindning L5 pà en gemensam kärna 113. Den extra lindningen L5 strömmatas med strömmen I och ger genom ömsesidig induktion upphov till en inducerad emk e' i spolen L4. I väljs så att den inducerade emkn e' blir lika med GIC-spänningen e. Strömmen I alstras av en strömgenerator 11OA och är beroende av spänningen u in mot filterarrangemanget vilken avkännes i punkten 111B. I övrigt omfattar den integrerade enheten 11A en förstärkare lO2B, vilken alstrar en styrsignal till strömgeneratorn llOA och två resistorer R1B, R2B, vilka har betydelse för den integrerade enhetens impedansomvandlande egenskaper och som motsvarar samma komponenter i impedansomvandlaren 10B i fig. 2. En kondensator C5B lnedverkar till att den integrerade enheten 11A, som impedansomvandlare, får samma överförings- funktion som impedansomvandlaren l0B i fig. 2 och en kondensator C6B spärrar likström in mot förstärkaren 102B.

Eftersom lågpassfilterarrangemanget 8A har ytterligare en aktiv filterkomponent i den dubbelutnyttjade spolen L4 kan filterverkan göras bättre än för filterarrangemanget 8 i fig. 2. Detta trots att det totala antalet induktorer är lika för de båda filterarrangemangen 8, 8B. Spolen L4 ger filterarrangemanget 8B ytterligare en frihetsgrad som kan användas för att exempelvis åstadkomma en brantare filter- verkan eller för att ge bättre spärrdämpning eller jämnare passband. Filterarrangemanget 8B är således effektivare än tidigare kända lösningar utan att innehålla fler induktorer.

En skillnad mellan filterarrangemangen 8 och 8B är att transformatorn 103B i filterarrangemanget 8 har ersatts med en spole L4 med en extra lindning L5 på en gemensam kärna 113, där den extra lindningen L5 strömmatas. Eftersom även nanno 10 15 20 25 30 516 523 13 en transformator består av en kärna med tvâ lindningar är det möjligt att realisera filterarrangemanget BB genom att strömmata den ena av transformatorns lO3B lindningar och utnyttja den soul den extra lindningen L5 medan den andra lindningen får verka som den dubbelverkande spolen L4.

Skillnaden mellan filterarrangémañget 8 och 8B ligger då i strömmatningen av en av transformatorlindningarna, med hjälp av strömgeneratorn 1l0A, samt den ytterligare kondensatorn CSB.

Emkn e' som induceras i spolen L4 genom ömsesidig induktion beräknas på motsvarande sätt som den inducerade emkn i filterspolen Ll, vilket beskrevs i anslutning till fig. 4, d.v.s. e'=jwk\/L4-Ls -1 I formeln ovan tætecknar 1< kopplingsfaktorn nællan IA och L5. För att emkn e' skall vara lika med GIC-spänningen e måste strömmen I med vilken den extra lindningen L5 matas uppfylla kmr'u 1 = --_- _ java/La, - Ls Två alternativa utföringsformer enligt det första och andra betraktelsesättet av uppfinningen har beskrivits ovan med hänvisning till fig. 4 och fig. 5 och i jämförelse med tidigare känd teknik i fig. 2. Med hjälp av fig. 4 demonstrerades hur uppfinningens idé kunde utnyttjas på den högra sidan av filtret 9 i. fig. 2 för att åstadkomma en tranformatorbesparing, medan fig. 5 användes för att demonstrera hur uppfinningens idé kunde utnyttjas på den vänstra sidan av filtret 9 i fig. 2 för att ge filter- filterspole. Det är arrangemanget ytterligare en naturligtvis möjligt att utnyttja uppfinningens idé på både rrunn 10 15 20 25 30 516 525 14 den vänstra och högra sidan av filtret 9 samtidigt för att erhålla både en tranformatorbesparing och en extra filter- spole. Detta scenario beskrivs i fig. 6. Den högra sidan av filterarrangemanget 8C i fig. 6 motsvarar den integrerade enheten 11 i fig. 4 medan den vänstra sidan motsvarar den integrerade enheten 11A i fig.* 5." De ingående komponenterna i filterarrangemanget 8C har numrerats på samma sätt som motsvarande komponenter i fig. 4 och fig. 5. Komponenternas funktion är desamma som deras motsvarigheter i de tidigare beskrivna figurerna och beskrivs därför inte i detalj här.

Filterarrangemanget 8C omfattar kondensatorerna Cl, C2, C3, CSA, C5B, C6A, och C6B, resistorerna R1A, RlB, RZA och R2B, förstärkarna lO2A och l02B, strömgeneratorerna 110 och llOA, spolarna Ll, L2 och L4, där Ll och L4 dubbelutnyttjas för att skapa GIC-spänningen e i filterarrangemangets båda ändar, samt de extra lindningarna L3 och L5, vilka ström- matas av strömgeneratorerna 110 respektive llOA och genom ömsesidig induktion med spolarna L1 respektive L4 skapar GIC-spänningen e i vardera spolen. I det här exemplet har det antagits att GIC-spänningarna som skapas i spolen L1 och i spolen L4 är lika stora varför samma beteckning e har använts för att hänvisa till dessa spänningar. I realiteten är dock dessa spänningar så gott som alltid olika stora.

Filterarrangemanget 8C åskådliggör som nämnts hur uppfinningen enligt det första och andra betraktelsesättet kan utnyttjas på vardera sidan om ett filter, när det omges av en impedansomvandlare på vardera sidan. Ytterligare en utföringsform av uppfinningen är att utnyttja uppfinningen enligt det andra betraktelsesättet på båda sidorna av ett filter omgivet av impedansomvandlare. På så vis erhålls ett filterarrangemang med ytterligare två filterkomponenter men samma totala antal induktorer som det ursprungliga filtret och impedansomvandlarna. På så vis kan ett ännu effektivare filter skapas utifrån oförändrat antal induktorer. nnvan l0 15 20 25 30 516 523 _ 15 Om man utgår från ett filter omgivet av impedansomvandlare, där filtret på vardera sidan har en filterspole i serie med en transformator i respektive impedansomvandlare kan uppfinningen enligt det första betraktelsesättet utnyttjas, på båda sidor om filtret för att spara en transformator på vardera sidan. Detta åstadkoms analogt med det lsätt att spara en transformator som beskrevs i anslutning till fig. 4. Även om ett filter inte har en spole direkt i serie med en transformator i en angränsande impedansomvandlare så är det möjligt att första betraktelsesättet för att utnyttja uppfinningen enligt det åstadkomma en transformator- besparing. Detta är möjligt genom att dubbelutnyttja en filterspole som inte är direkt i serie med impedans- omvandlaren på samma sätt som beskrivits ovan, d.v.s. både som filterkomponent och som impedansomvandlarkomponent.

Denna möjlighet àskàdliggörs i fig. 7.

Fig. 7 visar ett làgpassfilterarrangemang 8D enligt en alternativ utföringsfornx av uppfinningen. Liksom ovan beskrivs denna utföringsform av uppfinningen utifrån skillnaderna i jämförelse med det tidigare kända filter- arrangemanget 8 i fig. 2 och numreringen i fig. 6 är, liksom tidigare densamma som i fig. 2 i de fall där en komponent i fig. 7 har en klar motsvarighet i en komponent i fig. 2.

Filterarrangemanget 8D omfattar en impedansomvandlare l0A, vilken är identisk med impedansomvandlaren 10A i fig. 2 och en integrerad enhet llB, som funktionellt sett motsvarar en impedansomvandlare och ett lågpassfilter. Den integrerade enheten l1B omfattar tre kondensatorer Cl, C2, C3 och två spolar Ll, L2 med aktiv filterverkan. Dessa komponenter motsvarar filterkomponenterna i filtret 9 i fig. 2, men kondensatorn Cl har flyttats så att spolen L2 kan dubbel- utnyttjas på uppfinningsenligt sätt. Spolen L2 har försetts med en extra lindning L6 på en gemensam kärna 114. Den extra 10 15 20 25 30 516 523 " 16 lindningen L6 strömmatas av en strömgenerator llOB med strömmen I så att en emk e' induceras i spolen L2. Strömmen I väljs så att den inducerade emkn e' blir lika med GIC- spänningen e. I övrigt omfattar den integrerade enheten llB en förstärkare l02B och två resistorer RlB, R2B, vilka har betydelse för den integrerade 'enhetens impedansomvandlande egenskaper och som motsvarar samma komponenter i impedans- omvandlaren, lOB i fig. 2, samt två kondensatorer C5C och C6C, där kondensatorn C5C medverkar till att den integrerade enheten llB, som impedansomvandlare, får önskad överförings- funktion och kondensatorn C6C spärrar likström in till förstärkaren 102B.

Om man utgår från inpedansomvandlaren lOB och filtret 9 i fig. 2 erhålls den integrerade enheten llB genom att nan flyttar kondensatorn Cl, tar bort transformatorn l03B, lägger till kondensatorn C5C och strömgeneratorn- llOB, vilken får strömmata en extra lindning L6 pà samma kärna som spolen L2. Tanken med dessa förändringar är att spara en transformator utan att påverka egenskaperna hos impedans- omvandlaren lOB och filtret 9. Den integrerade enheten llB fungerar som en impedansomvandlare och ett filter, men med ovan nämnda förändringar kommer inte egenskaperna att exakt motsvara impedansomvandlarens lOB och filtrets 9 egenskaper.

Beroende på vad man har för elementvärden, toleranser och krav är detta acceptabelt eller inte. Man kan i viss mån modifiera den integrerade enhetens llB impedansomvandlande egenskaper för att korrigera för skillnaderna mot impedans- omvandlaren lOB och filtret 9. Vid höga frekvenser påverkar kondensatorn C2 impedansomvandlingen i den integrerade enheten llB märkbart, men den har försumbar inverkan vid lägre frekvenser. Eftersom impedansomvandling endast är intressant i 'talbandet, d.v.s. frekvenser upp till 4 kHz kommer denna påverkan att vara liten i praktiken. En egenskap som däremot påverkas avsevärt är spärrdämpningen. 10 15 20 25 30 35 17 Ovanstående visats i utföringsformer har samtliga obalanserad form. I fig. 8 åskådliggörs ett lågpassfilter- arrangemang 8E motsvarande filterarrangemanget 8A i fig. 3 i balanserat utförande.

I fig. 8 har samma beteckningar använts för likvärdiga komponenter i de balanserade halvorna och beteckningarna är även desamma som för motsvarande komponenter i det obalanserade utförandet i fig. 4. Detta för att underlätta en jämförelse mellan figurerna. Då de ingående komponenternas beteckningar och funktion är desamma som för deras motsvarigheter i fig. 4, beskrivs inte dessa närmre här. En skillnad mellan det balanserade filterarrangemanget 8E och dess obalanserade motsvarighet 8A är att spänningen u känns av mellan de balanserade ingångarna ll5A och l15B respektive ll6A och ll6B istället för mellan avkännings- punkterna l0lA, lO1B och jord. Det är också värt att notera att i balanserad form krävs endast en extra lindning L3 för att inducera emkn e' i de två filterspolarna Ll i de balanserade halvorna. På så vis erhåller man en komponent med tre lindningar kring en gemensam kärna 112.

I samtliga utföringsformer som beskrivits hittills har utgångspunkten varit ett filter 9 av fjärde graden omgivet av impedansomvandlare på vilket uppfinningen har tillämpats.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till en särskild filtertyp utan kan tillämpas i kombination med de flesta filtertyper på analogt sätt med vad som har beskrivits ovan.

Ej heller är det nödvändigt att utgångspunkten är ett filter flankerat av impedansomvandlare på båda sidor. Såsom nämnts ovan är det ibland önskvärt att endast ha en impedans- omvandlare ut mot transmissionsledningen. I de fall då telefonen/linjekortet 6 är inställt på att arbeta mot en reell impedans är det bättre att låta telefonen/linjekortet möta làgpassfiltrets reella impedans och således inte utföra någon impedansomvandling på den sida av filtret som är vänd mot telefonen/linjekortet 6. - -, 10 15 20 25 30 35 o o u. v .o 'MI n. I... ...z .u ' _- _ :_ _' u u a u f ~ , ,, , , . Q . ~ o o : v .z : .' I ' u. n. .f u» -H-; - , , , n n q u a I I fl o o n a oo Ir I' ' 18 Fig. 9 visar ett obalanserat filterarrangemang 8F enligt uppfinningens första betraktelsesätt som kan ersätta en impedansomvandlare och ett sjättegradsfilter enligt tidigare känd teknik. kondensatorer C10, Filterarrangemanget 8F omfattar sju C11, C12, C13, C14, C15 och C16, tre L11 och L12, en extra lindning L13 på samma kärna 120 som filterspolen L12, två resistorer R1O och Filter- filterspolar L10, R11, en förstärkare 121 samt en strömgenerator 122. spolen L12 fungerar på uppfinningsenligt sätt både som aktiv filterkomponent och bidrar till att ge filterarrangemanget 8F impedansomvandlande egenskaper.

I fig. 10 visas ytterligare en utföringsform av ett uppfinningsenligt filterarrangemang 8G i balanserad form.

Filterarrangemanget 8G kan ersätta en impedansomvandlare och ett filter i balanserad form enligt tidigare känd teknik.

Istället för strömgeneratorer har filterarrangemanget två 13OA, 13OB. även kondensatorer C20-C23, spolar L20A, L2OB, L21A, omfattar filter- Filterarrangemanget 8G C24A, C24B, C25A, C25B, L21B, transistorer en extra lindning L22 på samma kärna 131 som filterspolarna L21A och L22B, resistorer R2OA, R2OB, R2lA, R21B, R22, R23A, R23B och förstärkare 132A, 132B. Filterspolarna L21A och L21B uppfinningsenligt vis dubbelt både som filterkomponenter och utnyttjas på impedansomvandlarkomponenter. En matningspänning kan anslutas mellan kopplingspunkterna 133 och 134 på den extra lindningen L22. Den extra lindningen L22 används för att inducera en emk i filterspolarna L21A och L21B på samma sätt som beskrivits ovan.

En fördel med uppfinningen som nämnts är att den möjliggör en transformatorbesparing. Av beskrivningarna ovan av ett antal utföringsformer framgår dock att denna transformator- besparing sker på bekostnad av en eller flera kondensatorer.

Transformatorbesparingen är ändå fördelaktig eftersom transformatorer är mycket större och dyrare än kondensatorer. Dessutom är kondensatorer standardkomponenter :av u u. 10 15 20 25 30 u u u . . n- v u v. u. lfl' "': ,", v u u - ' 2' P. .' å H - - ~ - ' - ' I ' i I Ü I I Û n. u» n. n. u-:øv z 1 ', , v n z 1.0 n' . H p u I ' 1 19 medan transformatorer inte är det på samma sätt, vilket gör dem svårare att få tag på.

För att alstra den, nämnda GIC-spänningen. med hjälp av en filterspole har olika metoder nämnts. En nämnd metod bygger på att strömmata filterspolen~ direkt med strömgeneratorer som arbetar i nwtfas. En annan metod är att strömmata en extra lindning som genom ömsesidig induktion ger upphov till en emk i filterspolen. Strömmatningen av den extra lindningen kan såsom visats realiseras på flera sätt. Ett sätt som visats innefattar en eller två strömgeneratorer som strömmatar den extra lindningen. Ytterligare ett sätt, som visats i anslutning till fig. 10, involverar transistorer.

Det sistnämnda sättet är troligtvis det enklaste sättet att realisera strömmatningen pà.

I utföringsformerna ovan har den avkända elektriska storheten mot vilken emkn anpassats varit en spänning in mot filterarrangemanget, men det är även tänkbart att emkn anpassas mot någon annan avkänd storhet i eller i anslutning till filterarrangemanget såsom exempelvis en ström.

Filterarrangemangen 8A-G som beskrivits i anslutning till fig. 4-10 har är samtliga anpassade för att som impedans- omvandlare ha en högpassfunktion, d.v.s. de förstärker höga frekvenser och är transparenta för låga frekvenser. Med smärre konfigurationsändringar kan filterarrangemangen 8A-G modifieras så att de som impedansomvandlare får en làgpass- funktion i_ stället, vilket innebär att filterarrangemangen förstärker låga frekvenser och är transparenta för höga frekvenser. I fig. ll visas ett filterarrangemang 8H motsvarande den integrerade enheten ll i filterarrangemanget 8A modifierat för att som impedansomvandlare ha en làgpass- funktion. Av figuren framgår att det som skiljer filter- arrangemanget 8H från den integrerade enheten ll är att bort och att komponenterna C5A och R2A har tagits -~ 10 20 kondensatorer C7 och C8 samt en resistor R3 har tillkommit, där kondensatorn C7 är ansluten till jord 104.

Uppfinningen är inte begränsad till den lågpassfiltrerande delen av ett splitterfilter. Den kan också tillämpas i den högpassfiltrerande delen, även Qm det troligtvis inte är lika approximativt reell vid höga frekvenser varvid intressant då transmissionsledningens impedans är impedans- omvandling har mindre betydelse. . ucuuqø

Claims (1)

1. wow» sov 10 15 20 25 30 516 523 21 PATENTKRÄV (8A-8H) i en vilket Filterarrangemang telekommunikations- anordning (1), filterarrangemang är anordnat mellan en transmissionsledning (3) och en mottagare (4, 5, 6) av telekommunikationssignaler i ett förutbestämt frekvensomràde, vilket filterarrangemang har frekvens- filtrerande och iflpedansomvandlande verkan, k ä n n e - t e c k n a t av att filterarrangemanget omfattar åtminstone en filterspole (L1, L2, L4, L12, L21A, L21B) med frekvensfiltrerande verkan i vilken en elektro- kraft (e') filter- arrangemanget omfattar anordningar (102A-B, 110, 110A, 1l0B, 105-107, 121, 122, 130A-B, 132A-B) för att anpassa nämnda elektromotoriska kraft så att önskad impedans- motorisk genereras och att omvandlande verkan erhålls hos filterarrangemanget. Filterarrangemang enligt krav 14 k ä n n e t e c k n a t av att filterarrangemanget omfattar medel (105, 106, 107) för att injicera en ström (i) i filterspolen (L1) för att därigenom skapa nämnda elektromotoriska kraft (e') genom självinduktion i filterspolen. (8A-8H) k ä n n e - t e c k n a t av att Filterarrangemang enligt krav 1, filterarrangemanget omfattar åtminstone en extra lindning (L3, L5, L6, L13, L22) på en för den extra lindningen och filterspolen gemensam kärna (112, 113, 120, 131), vilken extra lindning är anordnad för att skapa nämnda elektromotoriska kraft genom ömsesidig induktion med filterspolen då den extra lindningen matas med en första ström (I). Filterarrangemang (8A-F,H) enligt krav 3, k ä n n e - t e c k n a t av att filterarrangemanget omfattar åtminstone en strömgenerator (110, 11OA, 110B, 122) vilken alstrar nämnda första ström (I) som en funktion . n-s- _ ~ uu- 10 15 20 25 30 10. ø - - ø n . nu ~ a o u co n o . . .. nu 516 523 22 av' en, i eller i anslutning till filterarrangemanget, avkänd elektrisk storhet. Filterarrangemang (8A-F,H) enligt krav 4, k ä n n e - t e c k n a t av att strömgeneratorn styrs av åtminstone (lO2A-B, 121, l32A-B), styrsignal till strömgeneratorn, en förstärkare vilken alstrar en vilken styrsignal är en funktion av nämnda avkända elektriska storhet. Filterarrangemang (BG) krav 3 k ä n n e - att enligt omfattar till filterarrangemanget förstärkare (l32A-B) (l3OA-B), t e c k n a t av åtminstone en ansluten åtminstone en transistor vilken förstärkare vilken är en funktion av en, i till alstrar en styrsignal, eller i filterarrangemanget, avkänd elektrisk storhet, anslutning vilken styrsignal medverkar till att anpassa nämnda första ström. krav 5 Filterarrangemang (8A-G) enligt eller 6 k ä n n e t e c k n a t av att filterarrangemanget omfattar en kondensator (C5A-C, C16, C25A-B), vilken återkopplar förstärkaren för att tillse att nämnda första ström blir omvänt proportionell mot den avkända elektriska storhetens vinkelfrekvens. (8E, 8G) k ä n n e t e c k n a t av enligt krav 5, 6 eller 7, elektriska Filterarrangemang att den avkända storheten är spänningen mellan två balanserade ingångar eller utgångar (ll5A-B, ll6A-B) till filter- arrangemanget. Filterarrangemang (8A-C,8E-G) enligt krav ]_ k ä n n e - t e c k n a t av att nämnda filterspole endast i dess ena ände är ansluten till åtminstone en filterkomponent med frekvensfiltrerande verkan. k ä n n e - båda (8D) av att nämnda filterspole i Filterarrangemang enligt krav 1, t e c k n a t dess »main 10 15 20 25 30 11. 12. 13. 516 S22» 23 ändar är ansluten till åtminstone en filterkomponent med frekvensfiltrerande verkan. (8A-G) av att Filterarrangemang enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t anordningen vilken anpassar den elektromotoriska kraften är arrangerad för att anpassa blir proportionell mot en avkänd elektrisk spänning i eller i den elektromotoriska kraften så att den anslutning till filterarrangemanget, samt att kvoten mellan den elektromotoriska kraften och den avkända spänningen blir frekvensberoende och att nämnda kvot är liten för en förutbestämd frekvens och större för högre frekvenser. Filterarrangemang (8H) enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t av att anordningen vilken anpassar den elektromotoriska kraften är arrangerad för att anpassa den elektromotoriska kraften så att i den blir proportionell mot en avkänd elektrisk spänning i eller i att kvoten anslutning till filterarrangemanget, samt mellan den elektromotoriska kraften och den avkända spänningen blir frekvensberoende och att nämnda kvot är liten för en förutbestämd frekvens och större för lägre frekvenser. Metod för frekvensfiltrering och impedansomvandling i en omfattande åtminstone ett vilket telekommunikationsanordning (8A-H), transmissionsledning filterarrangemang filterarrangemang anordnas mellan en (3) och en mottagare (4, 5, 6) av telekommunikationssignaler i ett förutbestämt frekvensområde, i vilken metod nämnda filterarrangemang sörjer för frekvensfiltreringen och impedansomvandlingen k ä n n e t e c k n a d av att en elektromotorisk kraft (e') genereras i åtminstone en filterspole (L1, L2, L4, L12, L21A, L21B) med frekvens- filtrerande verkan i filterarrangemanget, vilken 10 15 20 25 30 14. 15. 16. 17. 18. 19. u n n n no v 516 523 24 elektromotoriska kraft anpassas för att erhålla önskad impedansomvandlande verkan hos filterarrangemanget. Metod enligt krav 13, kännetecknad av att den elektro- motoriska kraften skapas av självinduktion genom att en ström (i) injiceras i filterspolen (Ll). Metod enligt krav 13, kännetecknad av att den elektro- motoriska kraften skapas av ömsesidig induktion mellan (L3, L5, L6, L13, genom att den extra lindningen matas med en första (I), filterspolen och den extra lindningen gemensam kärna (112, 113, 120, 131). filterspolen och en extra lindning L22) ström vilken extra lindning anordnas på en för Metod enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av att av åtminstone en ström- 122), i eller i anslutning till nämnda första ström alstras (110, 110A, 110B, strömmen är en funktion av en, generator samt att den första filterarrangemanget, avkänd elektrisk storhet. Metod enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av att strömgeneratorn styrs av åtminstone en förstärkare (102A-B, 121, 132A-B), vilken alstrar en styrsignal till strömgeneratorn, vilken styrsignal är en funktion av nämnda avkända elektriska storhet. Metod krav 15 k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första ström anpassas med hjälp av åtminstone en (13OA-B) (l32A- B), vilken förstärkare alstrar en styrsignal, vilken är enligt transistor och åtminstone en förstärkare en funktion av' en, i eller i anslutning till filter- arrangemanget, avkänd elektrisk storhet. Metod enligt krav 17 eller 18 k ä n n e t e c k n a d av (C5A-C, ström att förstärkaren återkopplas med en kondensator C16, C25A-B), vilken tillser att nämnda första ~>- .- -. .. v -a 10.- uu. 10 15 20 20. 21. 22. u o u Q en a a ' n n a n no an. 516 523 25 blir omvänt proportionell mot den avkända elektriska storhetens vinkelfrekvens. 17, 18 eller k ä n n e - t e c k n a d av att den avkända elektriska storheten är Metod enligt krav 19, spänningen mellan två ~balanserade ingångar eller utgångar (115A-B, l16A-B) till filterarrangemanget. av att den blir proportionell mot en avkänd elektrisk spänning i eller i att k ä n n e t e c k n a d att Metod enligt krav 13, elektromotoriska kraften anpassas så den anslutning till filterarrangemanget, samt kvoten mellan den elektromotoriska kraften och den avkända spänningen blir frekvensberoende och att nämnda kvot är liten för en förutbestämd frekvens och större för högre frekvenser. Metod enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a dp av att den kraften att blir proportionell mot en avkänd elektrisk spänning i eller i elektromotoriska anpassas så den anslutning till filterarrangemanget, samt att kvoten mellan den elektromotoriska kraften och den avkända spänningen blir frekvensberoende och att nämnda kvot är liten för en förutbestämd frekvens och större för lägre frekvenser.