TWI633752B - 低通濾波器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種低通濾波器，謀求低通濾波器的插入損耗的降低。在透過載波聚合同時輸出頻帶不同的複數個RF訊號時，開關元件SW1將兩個電容元件C21、C22並聯連接，使得低通濾波器80具有比透過載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率。在輸出一個頻帶的RF訊號時，開關元件SW1解除兩個電容元件C21、C22之間的並聯連接，使得低通濾波器80具有比第一截止頻率高的第二截止頻率。

Description

低通濾波器
本發明涉及低通濾波器。
作為謀求移動通信终端中的通信速度的提高的技術，已知有彙集頻帶不同的複數個CC(Component Carrier：載波單元)而將其作為一個通信線路來同時收發RF(Radio Frequency：射頻)訊號的載波聚合。根據日本特開2016-92699號公報，報告稱，透過上行鏈路載波聚合，若用一個功率放大器對頻帶不同的複數個RF訊號進行放大，則會產生與功率放大器的失真特性相應的互調失真。互調失真訊號成為從天線放射的RF訊號的寄生(Spurious)分量，對CC所屬的頻帶、與其接近的頻帶中的通信造成干擾。例如，若將800MHz頻帶的訊號和1.7GHz頻帶的訊號同時進行放大，則在1535~1615MHz頻帶產生5階的互調失真訊號。像這樣，在載波聚合的動作中，互調失真以及高次諧波失真的產生成為特性劣化的因素。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2016-92699號公報。
例如，作為用於降低透過上行鏈路/下行鏈路載波聚合產生的互調失真的方法，例如，可考慮在RF訊號的傳輸路徑安裝使互調失真訊號衰減的低通濾波器的方法。
但是，這樣的低通濾波器具有如下缺點，即，在不實施上行鏈路/下行鏈路載波聚合時，會帶給RF訊號的傳輸路徑不必要的插入損耗。
因此，本發明的課題在於，消除這樣的缺點，降低低通濾波器的插入損耗。
為了解決上述的課題，本發明涉及的低通濾波器是對RF訊號進行輸入輸出的低通濾波器，具備：(i)第一開關元件；(ii)第一電容元件，一端與低通濾波器的訊號線連接，並且另一端與低通濾波器的地線連接；以及(iii)第二電容元件，一端與訊號線連接，並且另一端透過第一開關元件而與地線連接。在此，在透過載波聚合同時輸出頻帶不同的複數個RF訊號時，第一開關元件成為接通狀態，由此將第一電容元件以及第二電容元件並聯連接在訊號線與地線之間，使得低通濾波器具有比透過載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率。另一方面，在輸出一個頻帶的RF訊號時，第一開關元件成為斷開狀態，由此解除第一電容元件與第二電容元件之間的並聯連接，使得低通濾波器具有比第一截止頻率高的第二截止頻率。
根據本發明，能夠降低低通濾波器的插入損耗。
10‧‧‧無線通訊電路
20‧‧‧基頻帶IC
30‧‧‧RFIC
40‧‧‧高頻模組
50‧‧‧發送模組
60‧‧‧接收模組
70‧‧‧天線開關
80‧‧‧低通濾波器
90‧‧‧天線
圖1是表示本發明的實施型態1涉及的無線通訊電路的電路構成的方塊圖。
圖2是表示本發明的實施型態1涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
圖3是表示本發明的實施型態1涉及的低通濾波器的頻率特性的模擬結果。
圖4是表示本發明的實施型態2涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
圖5是表示本發明的實施型態3涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
圖6是表示本發明的實施型態4涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
圖7是表示本發明的實施型態5涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
圖8是表示本發明的實施型態6涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
圖9是表示參考例涉及的低通濾波器的電路構成例的電路圖。
以下，邊參照各圖邊對本發明的實施型態進行說明。在此，設同一符號表示同一電路元件，並省略重複的說明。在各實施型態中，舉例對進行上行鏈路載波聚合動作的情況加以說明，但是在進行下行鏈路載波聚合動作的情況下，也能夠應用本發明。
圖1是表示本發明的實施型態1涉及的無線通訊電路10的電路構成的方塊圖。無線通訊電路10是在可擕式電話等移動通信設備中用於與基地台之間收發RF訊號的模組。無線通訊電路10還能夠透過載波聚合來同時收發頻帶不同的複數個RF訊號。無線通訊電路10具備基頻帶IC(Integrated Circuit：積體電路)20、RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit：射頻積體電路)30、高頻模組40、以及天線90。高頻模組40具備發送模組50、接收模組60、天線開關(ANTSW)70、以及低通濾波器(LPF)80。
基頻帶IC20根據預先規定的通信方式來進行通信資訊的編碼以及調變，並透過數位訊號處理來生成基頻帶訊號。RFIC30透過按照重疊在基頻帶訊號的資訊對載波進行調變，從而生成作為發送訊號的RF訊號。發送模組50 包含功率放大器51和發送濾波器52，進行與發送訊號的頻帶相應的濾波和發送訊號的功率放大。功率放大器51包含一個或複數個電晶體元件。
天線開關70具備與發送模組50連接的節點71、與接收模組60連接的節點72、以及與天線90連接的節點73。在天線開關70與天線90之間的訊號路徑中，安裝有對從功率放大器51輸出的RF訊號進行輸入輸出的低通濾波器80。天線開關70在節點71、73間選擇性地建立發送訊號的訊號路徑。由此，低通濾波器80與功率放大器51的輸出相連接。在透過載波聚合從功率放大器51同時輸出頻帶不同的複數個RF訊號時，低通濾波器80使透過載波聚合產生的互調失真訊號進行衰減。
天線開關70在節點72、73間選擇性地建立經由天線90從基地台接收到的作為接收訊號的RF訊號的訊號路徑。由此，低通濾波器80與低雜訊放大器61的輸入相連接。接收模組60包含低雜訊放大器61和接收濾波器62，進行與接收訊號的頻帶相應的濾波和接收訊號的低雜訊放大。RFIC30將接收訊號變換為基頻帶訊號。基頻帶IC20對基頻帶訊號進行解調以及解碼而提取通信資訊。
圖2是表示本發明的實施型態1涉及的低通濾波器80的電路構成例的電路圖。低通濾波器80使輸入到輸入輸出節點81的RF訊號的高頻分量進行衰減，並將其從輸入輸出節點82輸出。輸入輸出節點81與天線開關70的節點73連接，輸入輸出節點82與天線90連接。將對輸入輸出節點81、82進行連結的線路稱為訊號線87。低通濾波器80對具有橢圓函數特性的公知的低通濾波器的電路進行了一部分變更，具備電容元件C1以及電感器元件L1的並聯共振電路。透過該並聯共振，實現了在截止頻率附近的陡峭的衰減特性。該並聯共振電路與訊號線87串聯連接。將作為電容元件C1與電感器元件L1並聯連接的點的兩個節點中的一方稱為節點83，並將另一方稱為節點84。在輸入輸出節點81與節點83之間連接有電感器元件L2。在節點83與地線之間(即，訊號線87與地線之間) 串聯連接有電感器元件L3和電容元件C21。像這樣，電容元件C21的一端與訊號線87連接，電容元件C21的另一端與地線連接。將電感器元件L3和電容元件C21連接的點稱為節點85。在節點85與地線之間(即，訊號線87與地線之間)串聯連接有電容元件C22和開關元件SW1。像這樣，電容元件C22的一端與訊號線87連接，電容元件C22的另一端透過開關元件SW1而與地線連接。在節點84與地線之間(即，訊號線87與地線之間)串聯連接有電感器元件L4和電容元件C31。像這樣，電容元件C31的一端與訊號線87連接，電容元件C31的另一端與地線連接。將電感器元件L4和電容元件C31連接的點稱為節點86。在節點86與地線之間(即，訊號線87與地線之間)串聯連接有電容元件C32和開關元件SW2。像這樣，電容元件C32的一端與訊號線87連接，電容元件C32的另一端透過開關元件SW2而與地線連接。
在此，開關元件SW1、SW2是被稱為SPST(Single Pole Single Throw：單軸單切)開關的場效電晶體等半導體開關。開關元件SW1透過成為接通狀態，從而將兩個電容元件C21、C22並聯連接在訊號線87與地線之間。另一方面，開關元件SW1透過成為斷開狀態，從而解除兩個電容元件C21、C22之間的並聯連接。像這樣，開關元件SW1將兩個電容元件C21、C22選擇性地並聯連接。在本說明書中，在區分兩個電容元件C21、C22的情況下，將一方的電容元件C21稱為第一電容元件，並將另一方的電容元件C22稱為第二電容元件。同樣地，開關元件SW2透過成為接通狀態，從而將兩個電容元件C31、C32並聯連接在訊號線87與地線之間。另一方面，開關元件SW2透過成為斷開狀態，從而解除兩個電容元件C31、C32之間的並聯連接。像這樣，開關元件SW2將兩個電容元件C31、C32選擇性地並聯連接。在本說明書中，在區分兩個電容元件C31、C32的情況下，將一方的電容元件C31稱為第一電容元件，並將另一方的電容元件C32稱為第二電容元件。透過這樣的開關元件SW1、SW2的接通/斷開動作， 能夠使低通濾波器80的頻率特性(衰減特性)變化。更詳細地，透過將開關元件SW1、SW2設為接通狀態，從而能夠降低低通濾波器80的截止頻率。另一方面，透過將開關元件SW1、SW2設為斷開狀態，從而能夠提高低通濾波器80的截止頻率。另外，開關元件SW1、SW2例如響應於來自基頻帶IC20或RFIC30的控制訊號而進行接通/斷開動作。
低通濾波器80被設計為，以從兩個動作模式中選擇出的一個動作模式進行動作。將在透過載波聚合從功率放大器51同時輸出頻帶不同的複數個RF訊號時所選擇的動作模式稱為第一動作模式。在第一動作模式中，開關元件SW1、SW2成為接通狀態，使得低通濾波器80具有比透過載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的截止頻率。由此，低通濾波器80能夠使互調失真訊號衰減。為了說明的便利，將第一動作模式中的低通濾波器80的截止頻率稱為第一截止頻率。將在從功率放大器51輸出一個頻帶的RF訊號時(即，不實施上行鏈路載波聚合時)所選擇的動作模式稱為第二動作模式。在第二動作模式中，開關元件SW1、SW2成為斷開狀態，使得低通濾波器80具有比第一截止頻率高的截止頻率。由此，低通濾波器80的通帶從低頻段向包含低頻段和高頻段的寬頻帶擴展，因此能夠降低帶給從功率放大器51輸出的RF訊號的低通濾波器80所造成的插入損耗。在第二動作模式中，低通濾波器80無需使透過載波聚合產生的互調失真訊號衰減，因此低通濾波器80的截止頻率以盡可能高較佳。為了說明的便利，將第二動作模式中的低通濾波器80的截止頻率稱為第二截止頻率。
可是，開關元件SW1、SW2在接通狀態時進行與電阻元件等效的行為，在斷開狀態時進行與電容元件等效的行為。鑒於這樣的情況，低通濾波器80的第一截止頻率基於構成低通濾波器80的各電路元件(電容元件C1、C21、C22、C31、C32、電感器元件L1、L2、L3、L4)的元件值(電容值、電感值)和開關元件SW1、SW2的接通電阻來決定。同樣地，低通濾波器80的第二截止 頻率基於構成低通濾波器80的各電路元件(電容元件C1、C21、C22、C31、C32、電感器元件L1、L2、L3、L4)的元件值(電容值、電感值)和開關元件SW1、SW2的斷開電容來決定。在此，接通電阻，意味著接通狀態時的開關元件的電阻值。斷開電容，意味著斷開狀態時的開關元件的電容值。
圖3是表示低通濾波器80的頻率特性的模擬結果。符號31表示第一動作模式中的低通濾波器80的頻率特性。符號32表示第二動作模式中的低通濾波器80的頻率特性。如該圖所示，可知若低通濾波器80的動作模式從第一動作模式變為第二動作模式，則衰減特性變得平緩，低通濾波器80的通帶從低頻段向包含低頻段和高頻段的寬頻帶擴展。由此，能夠降低在第二動作模式時帶給從功率放大器51輸出的RF訊號的低通濾波器80所造成的插入損耗。
像這樣，根據實施型態1涉及的低通濾波器80，透過開關元件SW1、SW2的接通/斷開動作，能夠在第一動作模式中使互調失真訊號進行衰減，在第二動作模式中降低低通濾波器80的插入損耗。此外，透過基於構成低通濾波器80的各電路元件的元件值和開關元件SW1、SW2的接通電阻來決定低通濾波器80的第一截止頻率，從而能夠提高設計精度。同樣地，透過基於構成低通濾波器80的各電路元件的元件值和開關元件SW1、SW2的斷開電容來決定低通濾波器80的第二截止頻率，從而能夠提高設計精度。
另外，低通濾波器80未必一定要安裝在天線開關70與天線90之間的訊號路徑，例如，也可以組裝在天線開關70的內部。或者，也可以將低通濾波器80組裝在無線通訊電路10的前端模組的內部。前端模組例如是安裝了天線開關70、發送濾波器52、以及接收濾波器62的模組。
此外，低通濾波器80未必一定要限於具有橢圓函數特性的低通濾波器，例如，也可以是具有切比雪夫特性、巴特沃斯特性、貝塞爾特性等的低通濾波器。
接著，邊參照圖4邊以與實施型態1涉及的低通濾波器80的不同點為中心對本發明的實施型態2涉及的低通濾波器100的電路構成進行說明。低通濾波器100具有將低通濾波器80的兩個開關元件SW1、SW2置換為一個開關元件SW3並且從低通濾波器80之中去除電感器元件L2、L3、L4的電路構成。在此，開關元件SW3是被稱為SPST開關的場效電晶體等半導體開關，例如響應於來自基頻帶IC20或RFIC30的控制訊號而進行接通/斷開動作。
在第一動作模式中，開關元件SW3成為接通狀態，使得兩個電容元件C21、C22並聯連接，並且兩個電容元件C31、C32並聯連接。由此，低通濾波器100具有比透過載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率。因此，低通濾波器100能夠使互調失真訊號衰減。在第二動作模式中，開關元件SW3成為斷開狀態，使兩個電容元件C21、C22之間的並聯連接被解除，並且兩個電容元件C31、C32之間的並聯連接被解除。由此，低通濾波器100具有比第一截止頻率高的第二截止頻率。因為低通濾波器100的通帶從低頻段向包含低頻段和高頻段的寬頻帶擴展，所以能夠降低帶給從功率放大器51輸出的RF訊號的低通濾波器100所造成的插入損耗。
接著，邊參照圖5邊以與實施型態2涉及的低通濾波器100的不同點為中心對本發明的實施型態3涉及的低通濾波器110的電路構成進行說明。低通濾波器110具有從低通濾波器100之中去除電容元件C32的電路構成。低通濾波器110的動作及其作用效果與低通濾波器100的動作及其作用效果相同。
接著，邊參照圖6邊以與實施型態2涉及的低通濾波器100的不同點為中心對本發明的實施型態4涉及的低通濾波器120的電路構成進行說明。低通濾波器120具有在低通濾波器100中追加了作為匹配電路而發揮功能的電感器元件L2的電路構成。低通濾波器120的動作及其作用效果與低通濾波器100的動作及其作用效果相同。
接著，邊參照圖7邊以與實施型態2涉及的低通濾波器100的不同點為中心對本發明的實施型態5涉及的低通濾波器130的電路構成進行說明。低通濾波器130具有在低通濾波器100中追加了電容元件C4以及電感器元件L4的並聯共振電路的電路構成。低通濾波器130的動作及其作用效果與低通濾波器100的動作及其作用效果相同。
接著，邊參照圖8邊以與實施型態2涉及的低通濾波器100的不同點為中心對本發明的實施型態6涉及的低通濾波器140的電路構成進行說明。低通濾波器140具有將低通濾波器100的電容元件C1置換為開關元件SW4的電路構成。開關元件SW4是被稱為SPST開關的場效電晶體等半導體開關，例如響應於來自基頻帶IC20或RFIC30的控制訊號而進行接通/斷開動作。開關元件SW4與電感器元件L1並聯連接。電感器元件L1與低通濾波器140的訊號線串聯連接。
在第一動作模式中，開關元件SW3成為接通狀態，且開關元件SW4成為斷開狀態，使得低通濾波器140具有比透過載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率。開關元件SW4透過成為斷開狀態，從而進行與電容元件等效的行為，並與電感器元件L1一起形成並聯共振電路。透過基於並聯共振的第一截止頻率附近處的陡峭的衰減特性，低通濾波器140能夠使互調失真訊號衰減。在第二動作模式中，開關元件SW3成為斷開狀態，且開關元件SW4成為接通狀態，使得低通濾波器140具有比第一截止頻率高的第二截止頻率。開關元件SW4透過成為接通狀態，從而進行與電阻元件等效的行為，與電感器元件L1之間不再形成並聯共振電路。由此，低通濾波器140的衰減特性變得平緩，通帶從低頻段向包含低頻段和高頻段的寬頻帶擴展，因此能夠降低帶給從功率放大器51輸出的RF訊號的低通濾波器140所造成的插入損耗。
低通濾波器140的第一截止頻率基於構成低通濾波器140的各電路元件(電容元件C21、C22、C31、C32、電感器元件L1)的元件值(電容值、 電感值)、開關元件SW3的接通電阻、以及開關元件SW4的斷開電容來決定。低通濾波器140的第二截止頻率基於構成低通濾波器140的各電路元件(電容元件C21、C22、C31、C32、電感器元件L1)的元件值(電容值、電感值)、開關元件SW3的斷開電容、以及開關元件SW4的接通電阻來決定。
像這樣，根據實施型態6涉及的低通濾波器140，透過開關元件SW3、SW4的接通/斷開動作，能夠在第一動作模式中使互調失真訊號進行衰減，在第二動作模式中降低低通濾波器140的插入損耗。此外，透過基於構成低通濾波器140的各電路元件的元件值、開關元件SW3的接通電阻、以及開關元件SW4的斷開電容來決定低通濾波器140的第一截止頻率，從而能夠提高設計精度。同樣地，透過基於構成低通濾波器140的各電路元件的元件值、開關元件SW3的斷開電容、以及開關元件SW4的接通電阻來決定低通濾波器140的第二截止頻率，從而能夠提高設計精度。
另外，開關元件SW4的功能與上述的開關元件SW1、SW2、SW3不同，因此可以將開關元件SW1、SW2、SW3稱為第一開關元件，並將開關元件SW4稱為第二開關元件。
接著，邊參照圖9邊以與實施型態6涉及的低通濾波器140的不同點為中心對參考例涉及的低通濾波器150的電路構成進行說明。低通濾波器150具有從低通濾波器140之中去除電容元件C22、C32和開關元件SW3的電路構成。
在第一動作模式中，開關元件SW4成為斷開狀態，使得低通濾波器150具有比透過載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率。開關元件SW4透過成為斷開狀態，從而進行與電容元件等效的行為，並與電感器元件L1一起形成並聯共振電路。透過基於並聯共振的第一截止頻率附近處的陡峭的衰減特性，低通濾波器150能夠使互調失真訊號衰減。在第二動作模式中，開關元件SW4成為接通狀態，使得低通濾波器150具有比第一截止頻率高的第二截 止頻率。開關元件SW4透過成為接通狀態，從而進行與電阻元件等效的行為，與電感器元件L1之間不再形成並聯共振電路。由此，低通濾波器140的衰減特性變得平緩，通帶從低頻段向包含低頻段和高頻段的寬頻帶擴展，因此能夠降低帶給從功率放大器51輸出的RF訊號的低通濾波器150所造成的插入損耗。
低通濾波器150的第一截止頻率基於構成低通濾波器140的各電路元件(電容元件C21、C31、電感器元件L1)的元件值(電容值、電感值)和開關元件SW4的斷開電容來決定。低通濾波器150的第二截止頻率基於構成低通濾波器150的各電路元件(電容元件C21、C31、電感器元件L1)的元件值(電容值、電感值)和開關元件SW4的接通電阻來決定。
以上說明過的實施型態是用於使本發明容易理解者，並非用於對本發明進行限定解釋。本發明能夠在不脫離其目的的情況下進行變更或改良，並且本發明還包含其等價物。即，關於本發明所屬技術領域中具有通常知識者對實施型態適當地施加了設計變更的實施形態，只要具備本發明的特徵，就也包含於本發明的範圍。實施型態具備的各電路元件及其配置等並非限定於例示的情形，能夠適當地進行變更。例如，「電路元件A與電路元件B連接」，不僅包含電路元件A與電路元件B直接連接的情況，還包含能夠在電路元件A與電路元件B之間經由電路元件C(例如，開關元件)選擇性地建立訊號路徑的情況。此外，只要技術上可能，實施型態具備的各電路元件也能夠進行組合，關於對該等進行了組合的實施形態，只要包含本發明的特徵，也包含於本發明的範圍。

Claims (5)

  1. 一種低通濾波器，對RF訊號進行輸入輸出，具備：第一開關元件；第一電容元件，一端與上述低通濾波器的訊號線連接，並且另一端與上述低通濾波器的地線連接；以及第二電容元件，一端與上述訊號線連接，並且另一端透過上述第一開關元件而與上述地線連接；在透過載波聚合同時輸出頻帶不同的複數個RF訊號時，上述第一開關元件成為接通狀態，由此將上述第一電容元件以及上述第二電容元件並聯連接在上述訊號線與上述地線之間，使得上述低通濾波器具有比透過上述載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率；在輸出一個頻帶的RF訊號時，上述第一開關元件成為斷開狀態，由此解除上述第一電容元件與上述第二電容元件之間的並聯連接，使得上述低通濾波器具有比上述第一截止頻率高的第二截止頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項的低通濾波器，其進一步具備：電感器元件，與上述訊號線串聯連接；以及第二開關元件，與上述電感器元件並聯連接；在透過上述載波聚合同時輸出上述頻帶不同的複數個RF訊號時，上述第二開關元件成為斷開狀態，使得上述低通濾波器具有比透過上述載波聚合產生的互調失真訊號的頻率低的第一截止頻率；在輸出上述一個頻帶的RF訊號時，上述第二開關元件成為接通狀態，使得上述低通濾波器具有比上述第一截止頻率高的第二截止頻率。
  3. 如申請專利範圍第1項的低通濾波器，其中，上述第一截止頻率基於包含兩個上述電容元件的構成上述低通濾波器的各 電路元件的元件值、和上述第一開關元件的接通電阻來決定；上述第二截止頻率基於包含兩個上述電容元件的構成上述低通濾波器的各電路元件的元件值、和上述第一開關元件的斷開電容來決定。
  4. 如申請專利範圍第2項的低通濾波器，其中，上述第一截止頻率基於包含兩個上述電容元件以及上述電感器元件的構成上述低通濾波器的各電路元件的元件值、上述第一開關元件的接通電阻、以及上述第二開關元件的斷開電容來決定；上述第二截止頻率基於包含兩個上述電容元件以及上述電感器元件的構成上述低通濾波器的各電路元件的元件值、上述第一開關元件的斷開電容、以及上述第二開關元件的接通電阻來決定。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的低通濾波器，其中，上述低通濾波器與功率放大器的輸出或低雜訊放大器的輸入連接。
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