TW445700B - Method of eliminating a DC component and filtering device obtained by this method - Google Patents

Description

445 7 Ο Ο 五、發明說明（1) --- 本發明關於自一電信號；中消除直流成份之據波#置 此一濾波裝置目前用於接收無線電信號，二° 如電視及無線 電話之裝置中。此等裝置傳統上包含一接收曾牧 ^ Α笔路，安排在 天線之末端，及一濾波裝置以保證無線電信號之接枚 、： 在輸出發出一代表該信號之電子信號，該镇收電路含.亚 —放大器連接至天線及渡.波系統之輸出，欲發出放大 電子信號，

一混波器，其第一輸入連接至放大器之輪出，第二輸入 接收自一本地振盪器之一信號，及一輸出，及 J —解調器具有一輸入連接至混波器之輸出，及一輸出以 發出一頻率解調之音頻信號。 混波器之輸出及解調變器之輸入經常成ff，以發出及接 收具有相位正交同形之一對信號"上述接收電路中所含之 元件，由於無線電信號之低原始波幅，將其所處理之信號 放大》如上述元件處理之信號有直流成份，此成份亦被放 大，造成處理之信號之AC成份之大量位移，該AC成份含有 由信號傳送之有用寊訊。此一位移可造成欲放大之處理信 號之輸出級之飽和，或造成欲接收放大信號之元件之輸入 級之飽和，造成仏號之峰值限制，導致其代表之資訊改 變，此乃不能接受者 準此，上述之接，無線電信號之裝置中，一濾波裝置插 在混波器與解調變器之間’以便消除混波器輸出信號中之 DC成份。此目的之流波裝置通常為由電阻器及電容器組成 之高通濾波器’此濾'波器有―門限值，超過該值時，其將

445 7 〇 u 五、發明說明（2) 信號通過，該頻率選為較混波器輸出信號之AC成份之頻率 為低，其為固定並稱為中間頻率。 使用此一高通濾波器可引起一大缺失。中間頻率之值為 10或100 kHz為門限頻率，通常選擇1 kHz為截止頻率。因 此值相當低，高通濾波器之實施需要有高值之電容器，其 值高至1毫微法拉。在目前之積體電路技術中，此一電容 器僅可以離散型式達成，即意著使用高通濾波器為完成接 收電路之統合上之障礙，但其在降低巨大性觀點，及電路 之消耗上則甚為理想□此外，高通濾波器之高值電容器有 一長時間常數，因而引進接收電路内部之可觀之時間相關 之慣性。根據GSM或TDMA標準之無線電話中，接收電路僅 在保證資料包封之接收之短期間有作用，其後，電路又停 止激勵。 其後才能 關慣性， 資料包封 業。最後 中頻之不 附近對稱 圍對稱， 不對稱， 本發明 合濾波裝 並可保持 接收電 接收。 可能增 之時間 混波 對稱所 轉移特 因而造 此點對 之一目 置，其 電路對 路之每一 1¾通遽波 加開始階 為代價， 器輸出信 干擾。結 性。高通 成接收電 電路之適 的為消除 時間相關 中頻而言 器内之高 段之期間 其可能有 號之頻率 果，接收 慮波器之 路對中間 當作業上 上述之缺 <慣性較 ’轉移特 ，隨後有 值電容器 ，而以分 害於接收 解調變不 電路應盡 轉移特性 頻率而言 亦不理想 失，方法 已知之遽 性之對稱 一開始階段， 造成之時間相 配給電路接收 電路之適當作 可受到信號對 <能提供中頻 在0頻率之周 ’轉移特性之 0 為提議一可統 波裝置為小，

445 7 0 0 五、發明說明（3) 根據本發明之遽 接收第一及第二輸 與第一為相位正交 出信號，第二輸出 交，其特徵為該裝 •第一橢圓濾波裝 一輸入與第一輸出 在預定頻率，稱為 •一第二橢圓濾波 入與第二輸出之間 N迴轉器Gi ( i = l -遽波器之二對應電 可使濾波裝置有一 性，而移位特性之 此濾波裝置中， 於統合之低值電容 特性之移位。此外 狀，其對應一帶通 擾。本發明之濾波 在本發明之特別 當每一迴轉器Gi(i: 入欲接收第一及第 欲發出第一及第二 輸入及輸出電之第 波裝置具有笛 _ 入信號1 -浐：f 輸入，以分別 ，第一及信唬與第—相同，但 弟一輪出欲輸出第一及望-浐 信號與第-相㈤，但與第一成：：：輸 置包含： 战相位正 置包含Ν電容元件 之間，此、金* ()，安排在第 & Ρ i濾波裝置有一轉移特性，1可 載止頻率時提供至少-個零，” 器，與第~墙、±如 ，及 '慮波為相同，安排在第二輸 N)每趣轉器並聯於第一月哲 容元件CiGy M、 f 、弟及第二橢圓 與第-及第二論门之間/迴轉器之設計 程度與截止；衆圓濾波器相似之轉移特 吾人可選擇士之絕對值相等。 器。迴轉器；？值之截止頻率而用-易 ，以下可提供濾波裝置之轉移 渡波器，$4巧移特性可再獲得-形 哭壯罢絲戚波器之零所引赵夕工 态裝置轉移特性 ^ w起之干 實施例令，上t ,々、可大部保存。 -1 ΝΠ右 'L之據波裝置之特朽& -卜N)有一跨導幻，及有第—之特徵為， —電流III及I2i ，及 苐二輪 電流11 i及I 2 i， —及第二輸出 —電壓VI i，及益欲發展在第一 及在第二輸入及輪出間發 445700 五、發明說明（4) ’第二電壓V2i ’ #一迴轉器之特性可由下式表之； ui=gi.V2i 及 I2i=-gi.Vli，及 钇卜2, II.Fc.Ci，其中之fc為戴止頻率之絕對值。 此一迴轉器之構型可易於獲得濾波裝置之轉移特性之零 移位，故此零對應零頻率。 ，本發明之較佳實施例中，在第—及第二橢圓遽波器十 时r电合元件c 1 (1 _ 1 N )有一相同之標稱值，及所有之迴轉 益= 彼此相同。 降之標稱值相同之事實，&迴轉器相同之事實可以 遽：裝置製造程序令引起之不完美之影[該不完 吴理命上對所有迴轉哭；§ # 士 & 相π _ π # ^ D及所有電容器，均有影響。選擇有 相冋標稱值之電容器元件Γ彳，m π π ^ ^ ^ Φ ^ ^ ^ 因此可獲得流過濾波裝置中 疲動怨之均一性。取德，lL « 社 n ^ 後此—選擇可使設計簡單而最 佳’及包括濾波裝置之積體堂 ^ 取 使成本及尺寸降低。姐電路之平面設計簡化，因而可 如上所述，利用本發明之金 路内，最為有㈣。因此本發在：線電信號接收電 含： 臀月亦關於一無線電話裝置，包 +一=及濾、波裝置以保證無線信號 出一代表該信號之電信號， 及在輸出發 •一混波器有一第一輸入連接至放大器之… 入以接收自本地振盪器之倌號，及一輸以^ 一第二輸 頻率，即中間頻率之信號’及 ， 4出具有固定 •一解調器具有一輸入連接 至此波益之輸出，及—輸出以

第8頁 44b Λ45 7，J ^ 五、發明說明（5) 發出一解調音頻信號， 該裝置之特徵為，其尚包括一上述之濾波裝置，插於混波 器與解調器之間，在濾波裝置中之橢圓濾波器有一供截止 頻率之中頻。 最後，本發明以一般形式，關於一方法以消除電信號中 之DC成份，包含： ' •製造一濾波器構型，使其在預定頻率，即截止頻率時， 轉移特性能至少提供一個零， 提供該轉移特性一移位，移位之範圍等於截止頻率之絕 對值， •使該電信號流過所獲得之濾波器， 本發明之此等特性將可自非限制性舉例，並參考以下說 明之實施例而更為明顯。圖中： 圖1為一功能圖，部份說明包括本發明濾波裝置之一無 線電話； 圖2為一電路圖說明本發明之濾波裝置， 圖3為電路圖說明本發明一特殊實施例之濾波裝置之一 部份； 圖4為曲線代表本發明之濾波裝置中之橢圓濾波器之轉 移特性；及 圖5為一曲線代表本發明濾波裝置之轉移特性。 圖1以圖解代表一無線電話。此裝置包含一安排在天線 末端之接收電路及濾波系統AF，以保證無線信號之接收及 輸出一代表該信號之電信號。接收電路包含：

445700 五、發明說明（6) .一放大器L N A連接至天線及遽波糸統A F以在其輸出發出 一放大之信號Vfr， .一混波器MX其第一輸入連接至放大器LMA之輸出，及第 二輸入欲接收一自本地振盈器VC0之信號γιο，及一輸出， •一解調器DEM其一輸入連接至混頻器Μχ之輸出，及一輸 出以發出一解調變音頻信號Sout。 會波器MX之輸出及解調器DEM之輪入為雙重的，以發出 及接收一對信號’其在相位正交（VinI，vinQ)及（Voutl， VoutQ)具有相同形狀，及稱為中頻之頻率FI。包含在接收 電路中之元件’由於無線電信號之低原始波幅，將其處理 之信號放大許多。為降低飽和之危險，及流經接收電路之 信號之峰值限制，因其將改變信號所輪送之資訊，故一滤 波裝置FD插入混波器MXD與解調器DEM之間，以消除混波器 MX中之輸出信號（V ini， Vi nQ)中之DC成份。 圖2為一電路圖，代表易於統合之濾波裝置!：})，其時間 相關之慣性較已知之濾波裝置為小，故其在接收電路之轉 移特性之對稱上影響得以降低。濾波裝置FD有一第一及第 一輸入’以分別接收第一及第二輸入信號VinI及VinQ， 第二輸入信號VinQ與第一相同，但與第一成相位正交，第 一及第二輸出用一發出第一及第二輸出信號VoutI及 VoutQ ’第二輸出信號v〇u1：q與第一相同，但與第一成相位 正交°此濾波裝置FD包含第一橢圓濾波器ΕΠ，其包括第 三級被動濾波器安排在第一輸入及第一輸出之間。被動濾 波器係由第一及第二電阻器R1及”，第一及第二電容器C1

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五、發明說明（7)

及C2及電感器l安排在第—及第二電容器C1及。之間而構 成°在此實施例中，濾波器EF 1由第三電容器C3並聯矣€ 感器L而成為橢圓，因而建立一並聯L-C電路，與流過濾波 器EF 1之信號路徑串聯。在另一實施例中，吾人可選擇連 接一串聯L-C電路與流經濾波器EF 1之信號路徑成並聯。橢 圓慮波器EF 1有一轉移特性，其顯示至少在預定頻率，即 截止頻率之一零。濾波裝置FD包含第二橢圓濾波器EF2， 其與第一橢圓濾波器EF1相同，安排在第二輸入及第二輸 出之間，及二迴轉器G丨及G2彼此並聯於第一及第二橢圓濾 波器EF1及EF2之對應電容元件C1與C2之間。此等迴轉器之 構型使濾波裝置FD有一與第一及第二橢圓濾波器相似之轉 移特性，其移位之範圍等於截止頻率F c之決對值，此等迴 轉器為精於此技藝人士所熟知之元件，其可能之實施例甚 多。.每一迴轉器Gi(l = l或2)有一跨導gi，及有第一及第二 輸入以接收第一及第二電流Ili及I2i，及第一及第二輸出 以分別發出第一及第二電流11 i及I 2 i。迴轉器G i在其第一 輸入及輸出間發展第一電壓Vli，及在第二輸入及輸出間 發展第二電壓V2 i，每一迴轉器G i之特性可以下關係表 之，11 i = g i. V 2 i，及I 2 i = - g i. V1 I。此一迴轉器之實施例 特別優異，因為其可以主動元件之總成而統合，其並發表 於刊物L’Ecole Polytechnique de Lausanne標題為 <<RFIC Design for ffirel ess Communication

System〉〉〉。根據圖2，濾波裝置FD包含另一迴轉器G1與第 一及第二橢圓濾波器EF1及EF2之第三電容器C3並聯。此迴

第11頁 4 45 7 〇； 五、發明說明（8) 轉器為複式並與第一及第二迴轉器G1 ,G2不同，並構成另 一說明之目的。 圖3說明電感器L與複式迴轉器GL之實施例。此單獨顯示 有其目的’即減少圖式之密度以方便瞭解構成濾波裝置F D 之各不同另件。為簡明計，第一及第二電且器R1及R2，及 第一及第一迴轉器G1及G2未示於圖中β在說明之實施例 中，每一電感器L均以二迴轉器GL1與GL2與第四電容器C4 並聯之方式形成。此一實施例為精於此技藝人士所熟知， 其目的為方便實施第一及第二橢圓濾波器EF1及EF2之電感 器L之積體型式。第三迴轉器(^3並聯於第—及第二糖圓濾 波益EF1及EF2之第三電容器ς；3之間，第四迴轉器G4並聯於 第一及第二橢圓濾波器EF1與EF2之第四電容器C4之間。因 此有一迴轉器並聯於每一對第一及第二橢圓濾波器"}與 E F 2之對應之電容元件之間。 第一 ’第二’第三及第四迴轉器Gi(i = i_4)有一構型， 其渡波裝置FD有一與第一及第二橢圓濾波gEF][及EF2相似 之轉移特性’並顯示其移位範圍與截止頻率之絕對值以相 等。本發明一特別實施例，其中之 U · Fc· Ci (i = 1 - 4) ’可甚易獲得此一移位。在本發明 所$ =實施例中’在第一及第二橢圓濾波器EF1及EF2中之 電從元件C i ( i =丨-4 )均有其相同之標稱值，實施頻率 移位之所有之迴轉器Gl(i = 1_4)均相同。 ^l| -ri— . 』5之’如選擇截止頻率Fc之值等於級數 1〇〇 kHz '貝’笔容器C i將有圖1，2中所述實施例之級數為1微 中瓶

44570〇 五、發明說明（9) 微法拉標稱值’跨導gi將為1微西門子之級數。此等電容 器易於統合’如所含電阻器為100 K歐姆，濾波裝置之時 間常數為1微秒’則不會造成濾波裝置大時間相關之慣 性。 圖4代表一轉移特性以EF)，其說明上述之橢圓濾波器之 頻率函數之增益之演進e此圖亦以虛線說明第三級濾波器

應有之轉移特性t ( PE )之形狀。其亦以虛線及短劃表示消 除DC成份之高通濾波器之轉移特性t(HpF)之形狀。頻率Fc 時’轉移特性t (EF )顯示一 〇，其係由流經橢圓濾波器之信 號路控之串聯之一並聯L-c電路之出現而建立。此〇在頻率 -Fc之負頻率範圍中之對稱中發現。超過此〇，轉移特性 UEF)再加入轉移特性以”）’其具有通帶濾波器之對稱形 狀。 圖5—轉移特性t(FD)，其說明本發明濾波裝置之頻率之 函數之增益演進狀況。此特性以㈣）與橢圓濾波器與相似 之形狀，但有一+ Fc之頻率移位，此乃由於迴轉器之關 ，，故出現一0頻率時之〇。此舉可確保信號通過遽波裝置 吟，可由本發明之濾波裝置將信號中之DC成份消除。在本 例中，如選擇在頻率上升方向作移位，在相反方向亦可實 施，亦可確保DC成份之消除。將在中頻選擇之截止頻率Fc 之轉移特性UFD)之對稱性，可大部保持，但高通爐波器 其轉移特性t(HPF)在0之四周對稱，則與此不同。

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Claims (1)

1. 445700 六、申請專利範圍 1 . 一種消除電信號中直流（DC )成份之方法’包含： .製造一濾波器構型以使其有轉移特性，該特性在預定頻 率，即截止頻率時，可提供至少一0， -提供該轉移特性一移位，其移位範圍等於截止頻率之絕 對值， •使該信號流經所得之濾波器。 2. —種濾波裝置，具有第一及第二輸入以分別接收第一 及第二輸入信號，第二輸入信號與第一相同，但與第一成 相位正交，及第一及第二輸出以發出第一與第二輸出信 號，第二輸出信號與第一相同，但與第一成相位正交，其 特徵為此裝置含： •一橢圓濾波器包括安排在第一輸入及第一輸出間之N電 容器元件Ci (i Μ-4)，濾波器具有一轉移特性，其可在預 定頻率，即截止頻率時提供至少一零， ‘ 一第二橢園濾波器與第一橢圓濾波器相同，位於第二輸 入與第二輸出之間， •Ν個迴轉器Gi(i = l- N)，每一在第一及第二橢園濾波器之 二對應電容元件C i ( i = 1 -N )之間並聯，迴轉器之設計使其 有與第一與第二橢圓濾波器相似之轉移特性，其位移之範 圍與載止頻率之絕對值相等。 3. 如申請專利範圍第2項之濾波裝置，其特徵為每一迴 轉器Gi(i = l- N)有一跨導Gi ，及有第一及第二輸入以接收 第一及第二電流Ili及I2i ，及第一及第二輸出以發出第一 及第二電流Ili及I2i，及該迴轉器欲發展第一輸入及輸出

   第14頁 4 碌 57 〇◎ 六、申請專利範圍 間之第一電壓Vli及發展第二電壓V2i於第二輸入與輸出之 間，每一迴轉器之特性為以下關係所限定： Ili=gi_ V2i 及I2i=-gi. Vli，及 gi = 2. I I. Fc. Ci，其中Fc為截止頻率之絕對值。 4. 如申請專利範圍第3項之濾波裝置，其特徵為在第一 及第二橢圓濾波器中之所有電容器元件C i ( i = ：! -N )均有相 同之標稱值，所有迴轉器G i ( i == ：l - N )彼此相同。 5. —種無線電話裝置，包含： •一天線及濾波系統以保證無線電信號之接收及發出代表 該電信號之信號之輸出， •—放大器與天線及濾波系統之輸出連接，以發出一放大 電信號之輸出， ，一混波器具有第一輸入連接至放大器之輸出，一第二輸 入以接收來自本地振盪器之信號，及一輸出以發出一具有 稱為中間頻率之固定頻率之信號， •一解調器有一輸入連接至混波器之輸出，及一輸出以發 出解調變之音頻信號， 該裝置之特徵為其尚包括如上述之遽波裝置，插入混波器 與解調器之間，包含在該濾波裝置中之橢圓濾波器之截止 頻率為中頻。

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