TWI326934B - Active bandpass filter - Google Patents
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- TWI326934B TWI326934B TW095110201A TW95110201A TWI326934B TW I326934 B TWI326934 B TW I326934B TW 095110201 A TW095110201 A TW 095110201A TW 95110201 A TW95110201 A TW 95110201A TW I326934 B TWI326934 B TW I326934B
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Description
1326934 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於帶通濾波器,特別是有關於主動式帶通 濾波器。 【先前技術】 由於微波科技漸趨向微型化發展,因此許多微波科技所 應用之元件或模組(例如:天線、平衡至非平衡轉換器(bahm ; 貝愣)、遽波器等)亦漸被整合在一系統晶片(System_〇n_chip ; S〇C)=。然而,一般由系統晶片内之被動元件所組成之被動式 濾波器因具有較低之Q值(Q-factor),_以連帶影響其濾波之 功效。此外,濾波器亦必須具備低插入損耗與高選擇性以降低 信號傳猶之損減城,並赌供物之_職輸出 【發明内容】 本發明提供-種主動式帶通滤波器,包含:N個 電路,每一傳輸線電路係具有—第一端與—第二端,其中=
第數;N個負阻抗電路’每一負阻抗電路係具有-心第、負阻抗電路係對_接傳輸線電路, “形成W具應麵接?二端, 偏壓,其巾此直^==^ 個電路具負二=器 =少㈣ 主動= 二—降種二電二共= 路! 5 笛二,具有一第一端與一第二端;以及一負阻抗電路,具有一 士:,與一第四端,此負阻抗電路係耦接此傳輸線電路’其中 端耦接此第一端且此第四端耦接此第二端,藉此形成一 具有負阻抗之共振器電路。 【實施方式】 ^本發明將會詳細描述一些實施例如下。然而,除了所揭 ,之實施例外’本發明還可哺泛地在利在其他的實施例施 行二本發明的範圍不受該等實施例的限定,乃以其後的申請專 利fe圍為準。而為提供更清楚的描述及使熟悉該項技藝者能理 解本發明的贅明内容’圖示内各部分並沒有依照苺相對尺寸繪 圖’某些尺寸與其他相關尺度之比例會被突顯而顯得誇張,且 不相關之細節部分也未完全繪出,以求圖示的簡潔。 請參照第一圖,其為本發明之一較佳實施例100之概略 方塊圖。本實施例100係包含兩共振器13〇A、13〇B、一直流 電路140、兩耦接元件150A、150B以及一第一耦合電路160, 而共振器130A、130B則更分別包含負阻抗電路110A、11〇B 與傳輸線電路120A、120B。在本實施例中,傳輸線電路i2〇A、 120B之等效電氣長度(equivalent electrical length)係分別為本 發明之主動式帶通濾波器所欲導通之頻率波長的(M/2)倍土 15% (M為自然數)’且其等係分別具有一第一端與一第二端。 其中,傳輸線電路120A、120B係可以是互補式傳輸線 (complementary conducting strip transmission line)、微帶線 (microstrip line)、夾心線(strip line)、共平面波導傳輸線(copia^ waveguide transmission line)、耦合傳輸線(coupied tranSmissi〇n line)等’當然更可以是上述之傳輸線混合組成,且其電路布局 之形式亦可以是二維或三維之布局結構(Hsien-Shun Wu, Houng-Jay Yang, Ching-Juang Peng, and Ching-Kuang C. Tzuang, “Miniaturized Microwave Passive Filter Incorporating Multilayer 1326934
Synthetic Quasi-TEM Transmission Line,,,IEEE Trans 〇n
Microwave Theory and Tech. vol. 53, pp. 2713-2720, Sept 2005)。在本實施例中’負阻抗電路110A、11〇B係分別具有一 第三端與一第四端’且分別對應耦接傳輸線電路12〇a、12〇b, 其中’負阻抗電路110A之第三端與第四端係分別輕接傳輸線 電路120A之第一端與第二端;而負阻抗電路11〇B之第三端 與第四端係分別耦接傳輸線電路120B之第一端與第二端,以 形成兩個具有負阻抗之共振器。在本實施例中,負阻抗電路 110A、110B係泛指在差動模式下等效小信號阻抗’且負阻抗 電路110A、110B係用以補償傳輸線電路i2〇A、120B之部分 或疋全部的傳輸損耗。 直流電路140係提供負阻抗電路110A、110B之直流電源 偏壓,其中直流電路140係藉由耦接元件150A、150B耦接至 對應的共振器130A、130B。在本實施例中,耦接元件15〇a、 150B可以是導線(即直接連接),亦可以是電感器(即增加交流 信號與直流偏壓之阻隔)。第一耦合電路160係具有一第五端 與一第六端,係用以耦合共振器13〇A、130B,其中第一耦合 電路160之第五端與第六端係分別耦接傳輸線電路12〇A、 120B之第二端、第一端,亦即,第一耦合電路16〇之第五端 與第六端係分別耦接負阻抗電路110A之第四端與負阻抗電路 110B之第三端。在本實施例中,第一耦合電路16〇係可以是 等效為電容、電感或耦合傳輸線結構之電路。此外,本實施例 100更可包含一第二耦合電路17〇、一輸入耦合電路18〇A以 及一輸出耦合電路180B,其等具有與第一耦合電路16〇相同 之結構’且亦可由等效為電容、電感或耦合傳輸線結構之電路 ^成。其中’第二耦合電路170係耦接本發明之帶通濾波器之 信號輸入端與信號輸出端,亦即,第二耦合電路170之第五端 與第六端係分別耦接共振器130A之輸入端與共振器13〇B之 輸出端;輸入耦合電路18〇A係用以耦接外加信號與本發明之 7 • 濾波器,亦即,輸入耦合電路180A之第五端係耦接外加 • 彳§號且其第六端係耦接共振器130A (本實施例第一級共振器 電路)$信號輸入端;以及輸出耦合電路18〇B係用以耦接帶通 濾波器與下一級電路,亦即,輸出耦合電路18〇B之第五端係 輕接共振器130B (本實施例最後級共振器電路)之信號輸出端 且其第六端係耦接至下一級電路。 在此要強調的是,上述具有負阻抗之共振器13〇A、13〇B 之個數並不受本實施例說明之限制,亦即,本發明係可包含N 個具有負阻抗之共振器(N個傳輸線電路與N個負阻抗電路, Φ 其中且N為自然數)’而賴接元件150A、150B與第一 耦合電路160之個數亦可相對擴充為N個耦接元件與至少(Nq) 個第一耦合電路。以N=4為例,4個耦接元件係耦接直流電路 與相對的4個共振器,而除了耦接在4個共振器間的3個第一 耦合電路之外’更可在信號輸入端與信號輸出端分別耦接第一 耦合電路,亦可在第一與第三共振器之間、第一與第四共振器 之間及/或第二與第四共振器之間耦接第一耦合電路,因、此°, 在N=4之狀態時,第一耦合電路之個數須至少為3個。 請參照第二A圖,其為本發明之傳輸線之一較佳互補式 鲁 結構之俯視圖,其中Sl係第一傳導線(右上左下斜線部分),& 係第二傳導線(左上右下斜線部分)。請參照第二B圖,其為本 發明之傳輸線之一較佳微帶線結構之剖面圖,s係傳導\線,G 係接地線。請參照第二C圖,其為本發明之傳輸線之一較佳 失心線結構之剖面圖’ G係接地線,s係接地線g之間的孔隙。 請參照第二D圖,其為本發明之傳輸線之一較佳共平面波導 結構之剖面圖,其中G係接地線,S係接地線G之間的傳導 線。请參照第二E圖,其為本發明之傳輸線之一較佳耦合結 之剖面圖,Si、S2係傳導線,G係接地線,且Si、\並^ 連接而疋以仏號编合之方式傳遞信號。請參照第二F圖其為 本發明之一較佳傳輸線與耦合傳輸線混用實施例之俯視^了 8 傳導線’且其等並無實體連接而是赠號輕合之 式專遞“號。以上列舉之傳輪線電路係僅用以簡單說明其等 =構丄並翻㈣定本發明之傳輸線電路。對於熟習此項技 «者而δ,本發明之傳輸線電路仍可依上述之結構而產生許多 變化,其等亦屬於本發明之揭露範圍。 請參照第三A圖,其為第一圖之一較佳實施例電路。在 本κ施例中’傳輸線TLl、几2之等效電氣長度分別為本發明 之主動式帶通献騎欲料之頻較長的(M/2)倍± 15%, 其中Μ為自然數’且其等係分別具有—第—端與—第二端。 其中,傳輸線TL!、TL2係可以是互補式傳輸線、共平面波導 傳輸線、微帶線、夾心線或是耦合傳輸線等,更可以是上述之 傳輸線混合組成,且其電路布局之形式亦可以是二維或三維之 布局結構。在本實施例中,負阻抗電路係採用晶體Qi、(32與 晶體p、Q4所組成之交叉耦合對(cr〇ss_c〇upled pair)電路/而 其中交叉耦合對電路之兩輸出(亦即第三端與第四端)係分別 耦接傳輸,TLi之第一端與第二端以及傳輸線TL2之第一端與 第二端,藉此形成兩個具有負阻抗之共振器。在本實施例中, 負阻抗電路(晶體(^、(¾與晶體4、A所組成之交叉耦合對 電路)係泛扣在差動模式下等效之小信號阻抗,且係用以補償 ,輸線TLi、TL2之部分或是全部的傳輸損耗,而此部分對於 熟習此項技藝者而言,在交又耦合對電路之外再連接任何形式 之電流源、放大器電路或是雜訊濾波電路,仍應包含在本發明 所揭露之範圍内。 在本實施例中,直流電路係包含一電流反映器(current source)與一電流重複器(currentrepeater)。電流反應器係由晶體 Qs、(¾所組成,係具有一第一輸入端(與電阻R串接之A之 、沒極)與一第了輸出端(Q8之汲極)’其中第一輸入端係連接一 可調直流電滅。而電流重複器係由晶體Q5、Q6、Q7所組成, 係具有一第二輸入端(Q7之汲極)與兩個第二輸出端(Q5與之 1326934 汲極),其中第二輸入端係連接電流反映器之 =個第二輸出端係分舰接雛耕(即鶴且 ^此,應顧傳輸線TLl、TL2,並提供由晶體Qi、 七,共鋪操作在'、差動模旗,雛元件可 器操,混合差動綠同模式靖,_元^ c所二5二之魏在本實施例^,輕合電路係由-電容 成,其耦合由傳輸線TLi、晶體Qi、仏組成之政 二由傳山輸線TL2、晶體Q3、Q4組成之共振器,電么
與第六端)係分別祕傳輸線孔1之第二端與傳輪線 t之第—端’亦即’電容^之兩端係分別_負阻^電J 3=:!抗電路之第三端。在本實施例中’輕合電路可Ϊ 严:耦,輸線結構時,僅須將傳輸線%、 此夕°卜ΡΙΪ到信號輕合之目的,亦即,不須實體電路之連接。 2 例更可包含—電容c2 ’其具有與電容q相ί之 cii广月之主動式遽波器之信號輸入端與 ί 2之兩端(第五端與第六端)分別輕接
二輸線TLl、晶體Qi、Q2所組成)之輸入端與共振哭 ί: 2、么體Q3、Q4所組成)之輸出端。此外, / 〇係刀別做為號輸入與輸出之輕合,其等係具有盘電容 ^目同之結構乂此必須說明的是’電容^^…^僅 ^用=應說明第-圖之第—、第二 ^ 施’其等村岐料為電容、電感_合線結構ί 請參照第三Β圖,其為第一圖 ^ _ ν. 第三Β圖之電路係將第三冗中實 組成之修麵|替換成為由Ν型晶體(Qc: Q:、q:)所‘成 及連接結構係相同於第三“ί於 _清參鮮四目,其為本發明之貞阻抗電路實施彻 j ’在此僅以-共振器電路加以說日月。傳輸線%之第—端! 本實蘭錢又輕合對
广罘細/、弟一鳊,以及其等之第二輸出端係分別 A、LB(耦接兀件)耦接至直流電路14〇,藉此,在傳輪線 之第-端與第二端分卿細立的負阻抗祕,而其直流偏1 ^由直流電路140透過祕元件(電紅i、La、Lb)所提供偏 強調的是’負阻抗電路係泛指差械式下粒之小信號阻抗要 ,係用以髓傳輸叙部分歧全部的傳輸祕,此部分對於 熟習此項技藝者^言’在交叉耦合對電路之外再連接任何 之電流源、放大器電路或是雜訊濾波電路,或搭配第三B 之電流重複ϋ所修改完狀電路等,鋪包含在本發明 之範圍内。 請參照第五八〜五D圖’其等分別為本發明之輕合傳輸線 實施例之等效電路。耦合傳輸線之等效電路16〇係由三個等效 電容組成之Π形結構(第五Α圖)。耦合傳輸線之等效電路16〇 係由三個等效電感組成之Π形結構(第五B圖)。耦合傳輸線之 等效電路160係由一個等效電感與兩個等效電容所組成之^^形 結構(第五C圖)。輕合傳輸線之等效電路係由一個等效電容盘 兩個等效電感所組成之Π形結構(第五D圖)。 ’、 請參照第六Α〜六D圖,其等分別為本發明之耗合傳輸線 1326934 實施例之等效電路。耦合傳輸線之等效電路160係由三個等效 ,感la成之T形結構(第六a圖)。耦合傳輸線之等效電路16〇 係由三個等效電容組成之T形結構(第六B圖)。耦合傳輸線之 等效電路160係由兩個等效電容與一個等效電感所組成之τ 形結構(第六(:圖)。搞合傳輸、線之等效電路係由兩個等效電感 與-個等效電容所組成之τ形結構(第五〇圖)。然而,誠如前 =’第五A〜五D _第六A〜六D圖所示之麵合傳輸線之 等效電路,除了用以說明第一耦合電路16〇 (第一圖)實施 電 =之外,亦可用以分別說明第二、輸入、輸出搞合電路· 180A、180B (第一圖)之實施等效電路。 ,觀上述’ *於本㉟聽採交絲合對(e__ ^f之負阻抗’因此’ #共振器係操作在差動 時 動模式的傳輸能量可獲得補償,而其 /、同模式的傳輸能量則會被衰減。 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已, ^發明之申請專利細;凡其他為 所完成之等效改變或_,均應包含在下述
【圖式簡單說明】 第i係本發明之-雛實施例之概略電路方塊圖; 第二A圖係一較佳互補式傳輸線結構之俯視圖; 第二B圖係一較佳微帶線結構之剖面圖; 第二C圖係一較佳夹心線結構之剖面圖; 第二〇隱—触共平面波導雜_構之剖面圖; 第二E圖係一較佳耦合傳輸線結構之剖面圖; 12 第二F圖係一較佳傳輸線與耦合傳輸線混用實站 俯視圖; 〜·〇稱4 第三A圖係第一圖之一較佳電路實施例; 第三B圖係第一圖之另一較佳電路實施例; 第四圖係本發明之負阻抗電路之另一較佳實施例結構; 第五A〜 路;以及 五D圖係本發明之四組較佳耦合傳輸線之等效電
第六A〜 效電路。 六D圖係本發明之另外四組較佳耦合傳輸線之等
广要元件符號說明】 100本發明之一較佳 Α、11〇β負阻抗獨 l3〇A、i3〇ft 勸共振器 、I%卩 i5(m辆接元利 170 坌-, 乐一輕合電路 8〇B輪出執合電路 接地線
Ql Q9、QA〜Qc晶體 R電隍 120A、120B 傳輸線電路 140 直流電路 160 第一耦合電路 180 A 輸入耦合電路 s ' S!~S3 傳導線 TLi ' TL2 傳輸線電路 V! 可調直流電源 Li〜L4、La~Lb 電感 2、C,、 電容 13
Claims (1)
1326934 十、申請專利範圍: 1.一種主動式帶通濾波器,該主動式帶通濾波器包含: N個傳輸線電路,每一該]^個傳輸線電路係具有一 第二端’其中N-2且N為自然數; N個負阻抗電路,每一該^^個負阻抗電路係具有一第差 一 3端,每-該N個負阻抗電路係對應_每—該N & & 耦接兮ί中诚該ΐ三端係對應耦接該第一端且該第四端係^庫 ,接該第一端,藉此形成>^個具有負阻抗之共振器; 丁 %、 一直流電路,係提供該Ν個負阻抗電路之直流電^偏 ,直流電路係藉由则_接元件對應雛該 = 共振器;以及 …、另員阻抗之 = (Nj)個第-輕合電路’每一該至少_)個第一輕合 焱一第六端,每一該至少㈣個第-耦合電路:ΐ ,接任兩該Ν個具有負阻抗之共振器,其中, 第端與該第四端且該第六端係對應輕接該第一端與^ ’其中該Ν個 其中該Ν個 其中該Ν個 其中該Ν個 其中該Ν個 專利範圍第1項所述之主動式帶通濾波器 傳輪線電路係包含互補式傳輸線之結構。 職龄1撕叙絲絲通濾波器 傳輸線電路係包含微帶線之結構。 麵卿1項所叙絲絲通據波器 傳輸線電路係包含夾心線之結構。 5.如申請專纖項所述之絲式帶 6 電路係包含共平面波導傳輸線之結構。 專利細第1獅叙絲轉通遽波器 傳輸線電路係包含福合傳輸線之結構^ μ 7.如申請專利範圍第!項所述之主動 ?輸’_路之等效電氣長度係分別為該主動/ V通頻率波長之(繼)倍土 15%,其中μ為自然數^濾波器所欲 1326934 8·如申請補細第!項職之主賦 傳輸線電路係包含二維電路布局結構。〜皮器’其_該Ν 9. 如申請專利細第ί項所述之主動式 傳輸線電路係包含三维電路布局社 …一中該Ν 10. 如申請專利範圍第1項所述之主忒帶移 負阻抗電路係分別至少包- m 個 個 人 其中該N個 U·卜專利範圍第i項所述之;動式;提2阻抗。 負阻抗電路係分別包含複數做又,其中該N個 l2Z^:w 1 第-輸出端’該第一 一電流重複器,係具有一第—於 該第二輸入端係連接該電流反“之二輸出端,其中 n具有負阻抗之共振器,提供該N個負^ 對應輕接該N個 13·如申請專利範圍第!項所述 式二電路之直流電源偏塵。 電路更包含: 式帶通;歧器,其中該直流 其中 ^應,該Ν地接树,藉此對應個第-輪出端係 士器以提供該N個負阻抗電 =個具有負阻抗之 1《如申請專利範圍第】項所述=電_屢。 耦接元件係分別為一電感動式帶通遽波器,其令該_ 中該N個 liS::述之主動式帶通遽波器,其 專利範圍第1項所述之主動式帶11、由 17^1)個第—輕合電路係分別至少包含—Ϊί波器,財該至少 如申請專利範@第丨項所述之 =電容器。 叫帶通4波器,其中該至少 15 (N-p,第-輕合電路係分別至少包含_等效電感器。 利f圍第1項所述之主動式帶_波器,其中該至少 t βΓ,合電路係'分別至少包含-由等效電容11以及等效 電感器所、.且成之輕合傳輸線電路。 19如i申利辄’ 1項所述之主動式帶通紐器,更包含-輸 ,該輸入耦合電路係具有與該第一耦合電路相同: 唑;、:ί輸入耦合電路之第五端係耦接信號輸入端,且其 on i二2^該Ν個具有負阻抗之共振器之第_級電路。' 圍第1項所述之主動式帶通濾、波器,更包含一輸 ίΪ口 ’ Ϊ輸出耦合電路係具有與該第-耦合電路相同之 電路之第五端係耦接該Ν個具有負阻抗 9! 由電路’且其第六端係雛信號輪出端。 .申二專利乾圍第1項所述之主動式帶通濾波器,更包含 第二輕合電路係具有與該第—耦合電路相同之 ^振電路之第五端餘接該Ν個具有負阻抗 且其第六端係纖Ν個具有負阻抗 一傳輪線電路’係具有一第一端與一第二端;以及 係具有一第三端與一第四端,該負阻抗電路传 Ϊίΐ”線電路,其中該第三端係該第-端且該第四^ 23 端’藉此形成一具有負阻抗之共振器電路。 儀謝,綱傳輸線電路 24·ΐ=ΐ=Γ陳咖電路,其靖輪線電路 触叙錄肖魏,射雜輸線電路 1326934 26.如申請專利範圍第22項所述之共振器電路,其中該傳輸線電路 , 係包含共平面波導傳輸線之結構。 ' 27.如申請專利範圍第22項所述之共振器電路,其中該傳輸線電路 係包含耦合傳輸線之結構。 28·如申請專利範圍第22項所述之共振器電路,其中該傳輸線電路 之等效電氣長度係主動式帶通濾波器所欲導通頻率波長之(M/2) 倍± 15% ’其中Μ為自然數。 29.如申請專利範圍第22項所述之共振器電路,其中該傳輸線電路 係包含二維電路布局結構。 3〇.如申請專利範圍第22項所述之共振器電路,其中該傳輸線電路 係包含三維電路布局結構。 31. ,申範,第22項所述之共振器電路,其中該負阻抗電路 係至>、包έ 一乂又耦合對電路以提供負阻抗。 、 32. 如申請專利範圍第22項所述之共振' 係分別包含複數個蚊鮮對電路以提負阻机電路
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