TWI831506B - 可調式射頻濾波器 - Google Patents

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TWI831506B
TWI831506B TW111147003A TW111147003A TWI831506B TW I831506 B TWI831506 B TW I831506B TW 111147003 A TW111147003 A TW 111147003A TW 111147003 A TW111147003 A TW 111147003A TW I831506 B TWI831506 B TW I831506B
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洪傳恩
劉信宏
簡聰文
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四零四科技股份有限公司
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射頻濾波器包含功率分配器、兩路徑處理電路、功率耦合器和控制器。功率分配器將射頻輸入訊號重新分配成兩路徑輸入訊號。兩路徑處理電路分別調整兩路徑輸入訊號之振幅、頻率特性及/或相位響應，以提供兩射頻訊號。功率耦合器將調整後的兩射頻訊號加以重組，以提供射頻輸出訊號。控制器輸出兩參考訊號以分別選擇性地開啟或關閉兩路徑處理電路。

Description

可調式射頻濾波器
本發明相關於一種射頻濾波器，尤指一種透過將訊號重新分配、調整、選擇和重組來彈性調整通道之射頻濾波器。
隨著4G LTE網路的擴展、新一代5G網路部署以及Wi-Fi的普遍，無線裝置需要支援的射頻(radio frequency,RF)頻段數量急劇增加。為了避免不同RF頻段互相干擾，常見方式是對每個頻段使用濾波器進行隔離，從而將訊號保持在正確的「通道」中。
現有濾波器依其濾波特性主要可分為低通(low-pass)、高通(high-pass)、帶通(band-pass)、帶阻(band-stop)和全通(all-pass)等幾種類型。低通濾波器允許低頻訊號通過，並阻擋高頻訊號。高通濾波器允許高頻訊號通過，並阻擋低頻訊號。帶通濾波器允許特定頻帶的訊號通過，並阻擋特定頻帶之外的訊號。帶阻濾波器阻擋特定頻帶的訊號，並允許特定頻帶之外的訊號通過。全通濾波器允許所有頻率的訊號通過，但通過後訊號的相位響應會隨不同頻率而不同。
由於現有濾波器具備固定的濾波特性，針對多RF頻段的應用無論是採用哪種濾波器在無線裝置上提供訊號隔離，皆無法彈性更換頻道。此外，也有可能遇到濾波器提供的訊號通道和無線裝置所使用的頻段無法完全匹配的問題。因此，需要一種可彈性調整通道之可調式射頻濾波器。
本發明提供一種可調式射頻濾波器，其包含一功率分配器、一第一路徑處理電路、一第二路徑處理電路、一功率耦合器和一控制器。該功率分配器用來將一射頻輸入訊號重新分配成一第一路徑輸入訊號和一第二路徑輸入訊號。該第一路徑處理電路耦接於該功率分配器以接收該第一路徑輸入訊號，用來在被一第一參考訊號開啟時調整該第一路徑輸入訊號之一振幅及/或一頻帶以輸出相對應之一第一射頻訊號，且在被該第一參考訊號關閉時，阻擋該第一路徑輸入訊號通過以使該第一射頻訊號之值為0。該第二路徑處理電路耦接於該功率分配器以接收該第二路徑輸入訊號，用來在被一第二參考訊號開啟時調整該第二路徑輸入訊號之一振幅及/或一相位以輸出相對應之一第二射頻訊號，且在被該第二參考訊號關閉時阻擋該第二路徑輸入訊號通過以使該第二射頻訊號之值為0。該功率耦合器用來透過耦接於該第一路徑處理電路之一第一輸入端接收該第一射頻訊號，透過耦接於該第二路徑處理電路之一第二輸入端接收該第二射頻訊號，且將該第一射頻訊號和該第二射頻訊號耦合至一第一輸出端以輸出相對應之一第一射頻輸出訊號。該控制器用來輸出該第一參考訊號以選擇性地開啟或關閉該第一路徑處理電路，以及輸出該第二參考訊號以選擇性地開啟 或關閉該第二路徑處理電路。
100、200、300、400、500、600:可調式射頻濾波器
110、210、310、410、510、610:功率分配器
121、221、321、421、521、621:第一路徑處理電路
122、222、322、422、522、622:第二路徑處理電路
130、230、330、430、530、630:功率耦合器
LNA1、LNA2:低雜訊放大器
LPF:低通濾波器
NF、NF_1-NF-M:帶阻濾波器
INV:反相器電路
SW1、SW2:開關電路
QA1-QAM、QB1-QBM:開關
P1、P2:功率耦合器之輸入端
P3、P4:功率耦合器之輸出端
SIN:射頻輸入訊號
SOUT、SOUT1、SOUT2:射頻輸出訊號
SIN1:第一路徑輸入訊號
SIN2:第二路徑輸入訊號
SH:射頻輸入訊號SIN中的高頻成分
SL:射頻輸入訊號SIN中的低頻成分
SH1:第一路徑輸入訊號SIN1中的高頻成分
SL1:第一路徑輸入訊號SIN1中的低頻成分
SH2:第二路徑輸入訊號SIN2中的高頻成分
SL2:第二路徑輸入訊號SIN2中的低頻成分
VREF1、VREF2:參考訊號
VCC:電壓
第1圖為本發明實施例中一種可調式射頻濾波器之功能方塊圖。
第2圖為本發明實施例中一種可調式射頻濾波器實作方式之示意圖。
第3A圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器在高通模式下運作時之示意圖。
第3B圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器在低通模式下運作時之示意圖。
第3C圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器在全通模式下運作時之示意圖。
第4圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器實作方式之示意圖。
第5A圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在高通模式下運作時之示意圖。
第5B圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在低通模式下運作時之示意圖。
第5C圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在全通模式下運作時之示意圖。
第6圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器實作方式之示意圖。
第7A圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在帶通模式下運作時之示意圖。
第7B圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在帶阻模式下運作時之示意圖。
第8圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器實作方式之示意圖。
第9A圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在帶通模式下運作時之示意圖。
第9B圖為本發明另一實施例中可調式射頻濾波器在帶阻模式下運作時之示意圖。
第10圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器實作方式之示意圖。
第11圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器實作方式之示意圖。
第1圖為本發明實施例中一種可調式射頻濾波器之功能方塊圖。射頻濾波器包含一功率分配器(power divider)、一第一路徑處理電路、一第二路徑處理電路、一功率耦合器(power coupler)，以及一控制器。功率分配器可將射頻輸入訊號SIN重新分配成一第一路徑輸入訊號SIN1和一第二路徑輸入訊號SIN2。第一路徑處理電路可調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅及/或頻率特性以輸出相對應之射頻訊號S1，而第二路徑處理電路可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅及/或相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2。控制器可輸出一參考訊號VREF1以選擇性地開啟或關閉第一路徑處理電路，以及輸出一參考訊號VREF2以選擇性地開啟或關閉第二路徑處理電路。功率耦合器可將射頻訊號S1和射頻訊號 S2耦合至其輸出端以提供相對應之射頻輸出訊號SOUT。透過將射頻輸入訊號SIN重新分配、調整、選擇和重組，本發明射頻濾波器可彈性地調整通道以改變射頻輸出訊號SOUT的特性。
第2圖為本發明實施例中一種可調式射頻濾波器100實作方式之示意圖。射頻濾波器100包含一功率分配器110、一第一路徑處理電路121、一第二路徑處理電路122，以及一功率耦合器130。功率分配器110可透過一輸入端接收射頻輸入訊號SIN，將射頻輸入訊號SIN分配成第一路徑輸入訊號SIN1和第二路徑輸入訊號SIN2，並分別透過一第一輸出端和一第二輸出端輸出第一路徑輸入訊號SIN1及第二路徑輸入訊號SIN2。
在第2圖所示之可調式射頻濾波器100中，第一路徑處理電路121包含一低雜訊放大器(low-noise amplifier,LNA)LNA1和一低通濾波器(low-pass filter)LPF，可調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅和頻率特性以輸出相對應之射頻訊號S1。低雜訊放大器LNA1依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF1來運作，其輸入端耦接到功率分配器110的第一輸出端以接收第一路徑輸入訊號SIN1，並以增益G1調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅，其中增益G1通常大於1以進行訊號放大。低通濾波器LPF耦接於低雜訊放大器LNA1的輸出端及第一路徑處理電路121的輸出端之間，用來允許第一路徑輸入訊號SIN1中的低頻成分(低於其截止頻率)通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中高頻成分(高於其截止頻率)的通過率，其中高頻通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1之高頻成分通過。
在第2圖所示之可調式射頻濾波器100中，第二路徑處理電路122包含一低雜訊放大器LNA2和一反相器電路INV，可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅和相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2。低雜訊放大器LNA2依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF2來運作，其輸入端耦接到功率分配器110的第二輸出端以接收第二路徑輸入訊號SIN2，並以增益G2調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅，其中增益G2通常大於1以進行訊號放大。反相器電路INV耦接於低雜訊放大器LNA2的輸出端及第二路徑處理電路122的輸出端之間，用來調整第二路徑輸入訊號SIN2之相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2，其中射頻訊號S2和第二路徑輸入訊號SIN2之間的相位差可為180度。
在第2圖所示之可調式射頻濾波器100中，功率耦合器130為一功率組合器(power combiner)，其可提供單端輸出。功率耦合器130之第一輸入端耦接到第一路徑處理電路121的輸出端以接收射頻訊號S1，而第二輸入端耦接到第二路徑處理電路122的輸出端以接收射頻訊號S2。功率耦合器130可結合相關第一路徑輸出訊號SIN1之射頻訊號S1和相關第二路徑輸出訊號SIN2之射頻訊號S2，以於其輸出端提供相對應之射頻輸出訊號SOUT，其中射頻輸出訊號SOUT為射頻訊號S1和射頻訊號S2之加總。
在第2圖所示之實施例中，可調式射頻濾波器100之運作模式係由參考電壓VREF1和VREF2之值來決定，可依此在高通模式、低通模式或全通模式下運作。第3A圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器100 在高通模式下運作時之示意圖。第3B圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器100在低通模式下運作時之示意圖。第3C圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器100在全通模式下運作時之示意圖。為了說明目的，PD1代表功率分配器110之輸入端和第一輸出端之間的路徑阻抗，PD2代表功率分配器110之輸入端和第二輸出端之間的路徑阻抗，G1代表低雜訊放大器LNA1之增益，G2代表低雜訊放大器LNA2之增益，PC1代表功率耦合器130之第一輸入端和輸出端之間的路徑阻抗，而PC2代表功率耦合器130之第二輸入端和輸出端之間的路徑阻抗。SH代表射頻輸入訊號SIN中的高頻成分，SL代表射頻輸入訊號SIN中的低頻成分，SH1代表第一路徑輸入訊號SIN1中的高頻成分(SH1=SH*PD1)，SL1代表第一路徑輸入訊號SIN1中的低頻成分(SL1=SL*PD1)，SH2代表第二路徑輸入訊號SIN2中的高頻成分(SH2=SH*PD2)，而SL2代表第二路徑輸入訊號SIN2中的低頻成分(SL2=SL*PD2)。
下列表一顯示了可調式射頻濾波器100在不同模式下運作時相關訊號之值，為了簡化說明，假設PD1=PD2=PC1=PC2且G1=G2。
Figure 111147003-A0305-02-0009-2
Figure 111147003-A0305-02-0010-1
如第3A圖和表一所示，當參考電壓VREF1和VREF2之值皆為VCC(VCC>0V)時，第一路徑處理電路121和第二路徑處理電路122皆會被開啟而有輸出(S1=SL*PD1*G1且S2=-(SH+SL)*PD2*G2))。此時，功率耦合器130會將射頻訊號S1和S2耦合至輸出端以提供射頻輸出訊號SOUT，其中射頻輸出訊號SOUT對應於射頻輸入訊號SIN中高頻成分的反向訊號，也就是說射頻濾波器100係在高通模式下運作。
第3B圖和表一所示，當參考電壓VREF1之值為VCC(VCC>0V)而參考電壓VREF2之值為0時，只有第一路徑處理電路121會被開啟以對第一路徑輸入訊號SIN1進行訊號放大和低通濾波(S1=SL*PD1*G1)，而第二路徑處理電路122會被關閉而無輸出(S2=0)。此時，功率耦合器130等同將射頻訊號S1耦合至輸出端以提供射頻輸出訊號SOUT，其中射頻輸出訊號SOUT對應於射頻輸入訊號SIN中低頻成分的正向訊號，也就是說射頻濾波器100係在低通模式下運作。
第3C圖和表一所示，當參考電壓VREF1之值為0而參考電壓 VREF2之值為VCC(VCC>0V)時，只有第二路徑處理電路122會被開啟以對第二路徑輸入訊號SIN2進行訊號放大和反相處理(S2=-(SH+SL)*PD2*G2)，而第一路徑處理電路121會被關閉而無輸出(S1=0)。此時，功率耦合器130等同將射頻訊號S2耦合至輸出端以提供射頻輸出訊號SOUT，其中射頻輸出訊號SOUT對應於射頻輸入訊號SIN中全頻成分的反向訊號，也就是說射頻濾波器100係在全通模式下運作。
第4圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器200實作方式之示意圖。可調式射頻濾波器200包含一功率分配器210、一第一路徑處理電路221、一第二路徑處理電路222，以及一功率耦合器230。功率分配器210可透過一輸入端接收射頻輸入訊號SIN，將射頻輸入訊號SIN分配成第一路徑輸入訊號SIN1和第二路徑輸入訊號SIN2，並分別透過一第一輸出端和一第二輸出端輸出第一路徑輸入訊號SIN1及第二路徑輸入訊號SIN2。
在第4圖所示之可調式射頻濾波器200中，第一路徑處理電路221包含一低雜訊放大器LNA1及一低通濾波器LPF，可調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅和頻率特性以輸出相對應之射頻訊號S1。低雜訊放大器LNA1依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF1來運作，其輸入端耦接到功率分配器210的第一輸出端以接收第一路徑輸入訊號SIN1，並以增益G1調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅，其中增益G1通常大於1以進行訊號放大。低通濾波器LPF耦接於低雜訊放大器LNA1的輸出端及第一路徑處理電路221的輸出端之間，用來允許第一路徑輸入訊號SIN1中的低頻成分(低於其截止頻率)通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中高 頻成分(高於其截止頻率)的通過率，其中高頻通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1之高頻成分通過。
在第4圖所示之可調式射頻濾波器200中，第二路徑處理電路122包含一低雜訊放大器LNA2，可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅以輸出相對應之射頻訊號S2。低雜訊放大器LNA2依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF2來運作，其輸入端耦接到功率分配器210的第二輸出端以接收第二路徑輸入訊號SIN2，並以增益G2調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅，其中增益G2通常大於1以進行訊號放大。
在第4圖所示之可調式射頻濾波器200中，功率耦合器230為一180度混成器(180° hybrid)，其第一輸入端P1耦接到第一路徑處理電路221的輸出端以接收射頻訊號S1，第二輸入端P2耦接到第二路徑處理電路222的輸出端以接收射頻訊號S2，第一輸出端P3可輸出一第一輸出訊號SOUT1，而第二輸出端P4可輸出一第二輸出訊號SOUT2。180度混成器是一種四埠的網路，經由不同的輸入端饋入訊號後，可在兩個不同輸出端產生同相位或相位差180度的差模輸出訊號。更詳細地說，當射頻訊號S1從第一輸入端P1饋入時，能量會平均地分配到第一輸出端P3(相同相位)和第二輸出端P4(180度相差)，同時第一輸入端P1和第二輸入端P2會被隔離；當射頻訊號S2從第二輸入端P2饋入時，能量會平均地分配到第一輸出端P3(180度相差)和第二輸出端P4(相同相位)，同時第一輸入端P1和第二輸入端P2會被隔離。
在第4圖所示之實施例中，可調式射頻濾波器200之運作模式係由參考電壓VREF1和VREF2之值來決定，可依此在高通模式、低通模式 或全通模式下運作。第5A圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器200在高通模式下運作時之示意圖。第5B圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器200在低通模式下運作時之示意圖。第5C圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器200在全通模式下運作時之示意圖。為了說明目的，PD1代表功率分配器210之輸入端和第一輸出端之間的路徑阻抗，PD2代表功率分配器210之輸入端和第二輸出端之間的路徑阻抗，G1代表低雜訊放大器LNA1之增益，G2代表低雜訊放大器LNA2之增益，PC1代表功率耦合器230之第一輸入端和第一輸出端之間的路徑阻抗，PC2代表功率耦合器230之第一輸入端和第二輸出端之間的路徑阻抗，PC3代表功率耦合器230之第二輸入端和第一輸出端之間的路徑阻抗，而PC4代表功率耦合器230之第二輸入端和第二輸出端之間的路徑阻抗。SH代表射頻輸入訊號SIN中的高頻成分，SL代表射頻輸入訊號SIN中的低頻成分，SH1代表第一路徑輸入訊號SIN1中的高頻成分(SH1=SH*PD1)，SL1代表第一路徑輸入訊號SIN1中的低頻成分(SL1=SL*PD1)，SH2代表第二路徑輸入訊號SIN2中的高頻成分(SH2=SH*PD2)，而SL2代表第二路徑輸入訊號SIN2中的低頻成分(SL2=SL*PD2)。
下列表二顯示了可調式射頻濾波器200在不同模式下運作時相關訊號之值，為了簡化說明，假設PD1=PD2=PC1=PC2=PC3=PC4且G1=G2。
Figure 111147003-A0305-02-0013-3
Figure 111147003-A0305-02-0014-4
第5A圖和表二所示，當參考電壓VREF1和VREF2之值皆為VCC(VCC>0)時，第一路徑處理電路221和第二路徑處理電路222皆會被開啟而有輸出(S1=SL*PD1*G1且S2=(SH+SL)*PD2*G2))。此時，功率耦合器230會將射頻訊號S1和S2耦合至兩輸出端以提供兩差模射頻輸出訊號SOUT1和SOUT2。射頻輸出訊號SOUT1對應於射頻輸入訊號SIN中高頻成分的反向訊號，而射頻輸出訊號SOUT2對應於射頻輸入訊號SIN中高頻成分的正向訊號，也就是說可調式射頻濾波器200係在高通模式下運作。
第5B圖和表二所示，當參考電壓VREF1之值為VCC(VCC>0)而參考電壓VREF2之值為0時，只有第一路徑處理電路221會被開啟以對第一路徑輸入訊號SIN1進行訊號放大和低通濾波(S1=SL*PD1*G1)，而第二路徑處理電路222會被關閉而無輸出(S2=0)。此時，功率耦合器230等同 將射頻訊號S1耦合至兩輸出端以提供兩差模射頻輸出訊號SOUT1和SOUT2。射頻輸出訊號SOUT1對應於射頻輸入訊號SIN中低頻成分的正向訊號，而射頻輸出訊號SOUT2對應於射頻輸入訊號SIN中低頻成分的反向訊號，也就是說可調式射頻濾波器200係在低通模式下運作。
第5C圖和表二所示，當參考電壓VREF1之值為0而參考電壓VREF2之值為VCC(VCC>0)時，只有第二路徑處理電路222會被開啟以對第二路徑輸入訊號SIN2進行訊號放大(S2=(SH+SL)*PD2*G2)，而第一路徑處理電路221會被關閉而無輸出(S1=0)。此時，功率耦合器230等同將射頻訊號S2耦合至兩輸出端以提供兩差模射頻輸出訊號SOUT1和SOUT2。射頻輸出訊號SOUT1對應於射頻輸入訊號SIN中全頻成分的反向訊號，而射頻輸出訊號SOUT2對應於射頻輸入訊號SIN中全頻成分的正向訊號，也就是說可調式射頻濾波器200係在全通模式下運作。
第6圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器300實作方式之示意圖。可調式射頻濾波器300包含一功率分配器310、一第一路徑處理電路321、一第二路徑處理電路322，以及一功率耦合器330。功率分配器310可透過一輸入端接收射頻輸入訊號SIN，將射頻輸入訊號SIN分配成第一路徑輸入訊號SIN1和第二路徑輸入訊號SIN2，並分別透過一第一輸出端和一第二輸出端輸出第一路徑輸入訊號SIN1及第二路徑輸入訊號SIN2。
在第6圖所示之可調式射頻濾波器300中，第一路徑處理電路321包含一低雜訊放大器LNA1及一帶阻濾波器NF，可調整第一路徑輸 入訊號SIN1之振幅和頻率特性以輸出相對應之射頻訊號S1。低雜訊放大器LNA1依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF1來運作，其輸入端耦接到功率分配器310的第一輸出端以接收第一路徑輸入訊號SIN1，並以增益G1調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅，其中增益G1通常大於1以進行訊號放大。帶阻濾波器NF耦接於低雜訊放大器LNA1的輸出端及第一路徑處理電路321的輸出端之間，用來允許第一路徑輸入訊號SIN1中一特定頻帶之外其它成分的通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶的通過率，其中特定頻帶的通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶之成分通過。
在第6圖所示之可調式射頻濾波器300中，第二路徑處理電路322包含一低雜訊放大器LNA2和一反相器電路INV，可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅和相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2。低雜訊放大器LNA2依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF2來運作，其輸入端耦接到功率分配器310的第二輸出端以接收第二路徑輸入訊號SIN2，並以增益G2調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅，其中增益G2通常大於1以進行訊號放大。反相器電路INV耦接於低雜訊放大器LNA2的輸出端及第二路徑處理電路322的輸出端之間，用來調整第二路徑輸入訊號SIN2之相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2，其中射頻訊號S2和第二路徑輸入訊號SIN2之間的相位差可為180度。
在第6圖所示之可調式射頻濾波器300中，功率耦合器330為一功率組合器，其可提供單端輸出。功率耦合器330之第一輸入端耦接到第一路徑處理電路321的輸出端以接收射頻訊號S1，而第二輸入端耦 接到第二路徑處理電路322的輸出端以接收射頻訊號S2。功率耦合器330可結合射頻訊號S1和S2，以於其輸出端提供相對應之輸出訊號SOUT，其中輸出訊號SOUT為射頻訊號S1和射頻訊號S2之加總。
在第6圖所示之實施例中，可調式射頻濾波器300之運作模式係由參考電壓VREF1和VREF2之值來決定，可在帶通模式或帶阻模式下運作。第7A圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器300在帶通模式下運作時之示意圖。第7B圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器300在帶阻模式下運作時之示意圖。
如第7A圖所示，當參考電壓VREF1和VREF2之值皆為VCC(VCC>0)時，第一路徑處理電路321和第二路徑處理電路322皆會被開啟而有輸出，其中射頻訊號S1對應於第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶之外成分的正向訊號，而射頻訊號S2對應於第二路徑輸入訊號SIN2的反向訊號。此時，功率耦合器330會將射頻訊號S1和S2耦合至輸出端以提供射頻輸出訊號SOUT，其中射頻輸出訊號SOUT對應於射頻輸入訊號SIN中特定頻帶之成分的正向訊號，也就是說可調式射頻濾波器300係在帶通模式下運作。
如第7B圖所示，當參考電壓VREF1之值為VCC(VCC>0)而參考電壓VREF2之值為0時，只有第一路徑處理電路321會被開啟以對第一路徑輸入訊號SIN1進行訊號放大和帶阻濾波，而第二路徑處理電路322會被關閉而無輸出(S2=0)，其中射頻訊號S1對應於第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶之外成分的正向訊號。此時，功率耦合器330等同將射頻訊 號S1耦合至輸出端以提供射頻輸出訊號SOUT，其中射頻輸出訊號SOUT對應於射頻輸入訊號SIN中特定頻帶之外成分的正向訊號，也就是說可調式射頻濾波器300係在帶阻模式下運作。
第8圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器400之示意圖。可調式射頻濾波器400包含有一功率分配器410、一第一路徑處理電路421、一第二路徑處理電路422，以及一功率耦合器430。功率分配器410可透過一輸入端接收射頻輸入訊號SIN，將射頻輸入訊號SIN分配成第一路徑輸入訊號SIN1和第二路徑輸入訊號SIN2，並分別透過一第一輸出端和一第二輸出端輸出第一路徑輸入訊號SIN1及第二路徑輸入訊號SIN2。
在第8圖所示之可調式射頻濾波器400中，第一路徑處理電路421包含一低雜訊放大器LNA1及一帶阻濾波器NF，可調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅和頻帶以輸出相對應之射頻訊號S1。低雜訊放大器LNA1依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF1來運作，其輸入端耦接到功率分配器410的第一輸出端以接收第一路徑輸入訊號SIN1，並以增益G1調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅，其中增益G1通常大於1以進行訊號放大。帶阻濾波器NF耦接於低雜訊放大器LNA1的輸出端及第一路徑處理電路421的輸出端之間，用來允許第一路徑輸入訊號SIN1中一特定頻帶之外的其它成分通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中的特定頻帶的通過率，其中特定頻帶的通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶的成分通過。
在第8圖所示之可調式射頻濾波器400中，第二路徑處理電路122包含一低雜訊放大器LNA2，可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅以輸出相對應之射頻訊號S2。低雜訊放大器LNA2依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF2來運作，其輸入端耦接到功率分配器410的第二輸出端以接收第二路徑輸入訊號SIN2，並以增益G2調整第二一路徑輸入訊號SIN2之振幅，其中增益G2通常大於1以進行訊號放大。
在第8圖所示之可調式射頻濾波器400中，功率耦合器430為一180度混成器，其可提供差模輸出。功率耦合器430之第一輸入端P1耦接到第一路徑處理電路421的輸出端以接收射頻訊號S1，第二輸入端耦接到第二路徑處理電路422的輸出端以接收射頻訊號S2，第一輸出端P3可輸出一第一輸出訊號SOUT1，而第二輸出端P4可輸出一第二輸出訊號SOUT2。180度混成器是一種四埠的網路，經由不同的輸入端饋入訊號後，可在兩個不同輸出端產生同相位或相位差180度的訊號。更詳細地說，當射頻訊號S1從第一輸入端P1饋入時，能量會平均地分配到第一輸出端P3(相同相位)和第二輸出端P4(180度相差)，同時第一輸入端P1和第二輸入端P2會被隔離；當射頻訊號S2從第二輸入端P2饋入時，能量會平均地分配到第一輸出端P3(180度相差)和第二輸出端P4(相同相位)，同時第一輸入端P1和第二輸入端P2會被隔離。
在第8圖所示之實施例中，可調式射頻濾波器400之運作模式係由參考電壓VREF1和VREF2之值來決定，可在帶通模式或帶阻模式下運作。第9A圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器400在帶通模式下運作時之示意圖。第9B圖為本發明實施例中可調式射頻濾波器400在帶阻模 式下運作時之示意圖。
如第9A圖所示，當參考電壓VREF1和VREF2之值皆為VCC(VCC>0)時，第一路徑處理電路421和第二路徑處理電路422皆會被開啟而有輸出，其中射頻訊號S1對應於第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶之外成分的正向訊號，而射頻訊號S2對應於第二路徑輸入訊號SIN2的反向訊號。此時，功率耦合器430會將射頻訊號S1和S2皆耦合至兩輸出端以提供兩差模射頻輸出訊號SOUT1和SOUT2。射頻輸出訊號SOUT1對應於射頻輸入訊號SIN中特定頻帶之成分的正向訊號，而射頻輸出訊號SOUT2對應於射頻輸入訊號SIN中特定頻帶之成分的反向訊號，也就是說可調式射頻濾波器200係在帶通模式下運作。
如第9B圖所示，當參考電壓VREF1之值為VCC(VCC>0)而參考電壓VREF2之值為0時，只有第一路徑處理電路421會被開啟以對第一路徑輸入訊號SIN1進行訊號放大和帶阻濾波，而第二路徑處理電路422會被關閉而無輸出(S2=0)，其中射頻訊號S1對應於第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶之外成分的正向訊號。此時，功率耦合器430等同將射頻訊號S1耦合至兩輸出端以提供兩差模射頻輸出訊號SOUT1和SOUT2。射頻輸出訊號SOUT1對應於射頻輸入訊號SIN中特定頻帶之外成分的正向訊號，而射頻輸出訊號SOUT2對應於射頻輸入訊號SIN中特定頻帶之外成分的反向訊號，也就是說可調式射頻濾波器400係在帶阻模式下運作。
第10圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器500實作方式之示意圖。可調式射頻濾波器500包含一功率分配器510、一第 一路徑處理電路521、一第二路徑處理電路522，以及一功率耦合器530。功率分配器510可透過一輸入端接收射頻輸入訊號SIN，將射頻輸入訊號SIN分配成第一路徑輸入訊號SIN1和第二路徑輸入訊號SIN2，並分別透過一第一輸出端和一第二輸出端輸出第一路徑輸入訊號SIN1及第二路徑輸入訊號SIN2。
第11圖為本發明另一實施例中一種可調式射頻濾波器600實作方式之示意圖。可調式射頻濾波器600包含一功率分配器610、一第一路徑處理電路621、一第二路徑處理電路622，以及一功率耦合器630。功率分配器610可透過一輸入端接收射頻輸入訊號SIN，將射頻輸入訊號SIN分配成第一路徑輸入訊號SIN1和第二路徑輸入訊號SIN2，並分別透過一第一輸出端和一第二輸出端輸出第一路徑輸入訊號SIN1及第二路徑輸入訊號SIN2。
在第10圖所示之可調式射頻濾波器500和在第11圖所示之可調式射頻濾波器600中，第一路徑處理電路521和第一路徑處理電路621各包含一低雜訊放大器LNA1、複數個帶阻濾波器NF_1-NF_M(M為大於1之整數)和兩開關單元SW1-SW2，可調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅和頻率特性以輸出相對應之射頻訊號S1。低雜訊放大器LNA1依據控制器(未顯示)提供之參考電壓VREF1來運作，其輸入端耦接到功率分配器610的第一輸出端以接收第一路徑輸入訊號SIN1，並以增益G1調整第一路徑輸入訊號SIN1之振幅，其中增益G1通常大於1以進行訊號放大。每一帶阻濾波器用來允許第一路徑輸入訊號SIN1中一特定頻帶之外其它成分的通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶的通過率，其中 特定頻帶的通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1中特定頻帶之成分通過。
在第10圖所示之可調式射頻濾波器500中，第二路徑處理電路522包含一低雜訊放大器LNA2和一反相器電路INV，可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅和相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2。功率耦合器530為一功率組合器，其可提供單端輸出。可調式射頻濾波器500中第二路徑處理電路522和功率耦合器530之運作和可調式射頻濾波器300中第二路徑處理電路322和功率耦合器330之運作相同，在此不另加贅述。
在第11圖所示之可調式射頻濾波器600中，第二路徑處理電路622包含一低雜訊放大器LNA2，可調整第二路徑輸入訊號SIN2之振幅和相位響應以輸出相對應之射頻訊號S2。功率耦合器630為一180度混成器，其可提供差模輸出。可調式射頻濾波器600中第二路徑處理電路622和功率耦合器630之運作和可調式射頻濾波器400中第二路徑處理電路422和功率耦合器430之運作相同，在此不另加贅述。
在可調式射頻濾波器500和600中，開關單元SW1包含開關QA1-QAM，分別用來控制帶阻濾波器NF_1-NF_M之輸入端和低雜訊放大器LNA1之間的訊號傳送路徑。開關單元SW2包含開關QB1-QBM，分別用來控制帶阻濾波器NF_1-NF_M之輸出端和功率耦合器530/630之間的訊號傳送路徑。更詳細地說，帶阻濾波器NF_1-NF_M之輸入端分別透過開關單元SW1之開關QA1-QAM選擇性地耦接至低雜訊放大器 LNA1的輸出端，而帶阻濾波器NF_1-NF_M之輸出端分別透過開關單元SW2之開關QB1-QBM選擇性地耦接至第一路徑處理電路521/621的輸出端。
在本發明中，在同一時間點開關單元SW1之開關QA1-QAM中僅會有一開關QAm呈導通(m為介於1和M之間的整數)，開關單元SW2之開關QB1-QBM中僅會有一開關QBm呈導通，其餘開關皆呈截止，使得帶阻濾波器NF_1-NF_M中僅有單一帶阻濾波器會實際作用。舉例來說，當開關QA1和開關QB1呈導通而其它開關呈截止時，帶阻濾波器NF_1-NF_M中實際作用的是帶阻濾波器NF_1，其可允許第一路徑輸入訊號SIN1中一第一頻帶之外其它成分的通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中第一頻帶的通過率，其中第一頻帶的通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1中第一頻帶之成分通過，如第7A、7B、9A和9B圖中之射頻訊號S1所示。當開關QA2和開關QB2呈導通而其它開關呈截止時，帶阻濾波器NF_1-NF_M中實際作用的是帶阻濾波器NF_2，其可允許第一路徑輸入訊號SIN1中一第二頻帶之外其它成分的通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中第二頻帶的通過率，其中第二頻帶的通過率設為0時可完全阻擋第一路徑輸入訊號SIN1中第二頻帶之成分通過，如第7A、7B、9A和9B圖中之射頻訊號S1所示。依此類推，當開關QAM和開關QBM呈導通而其它開關呈截止時，帶阻濾波器NF_1-NF_M中實際作用的是帶阻濾波器NF_M，其可允許第一路徑輸入訊號SIN1中一第M頻帶之外其它成分的通過，並降低第一路徑輸入訊號SIN1中第M頻帶的通過率，其中M二頻帶之成分通過，如第7A、7B、9A和9B圖中之射頻訊號S1所示。
可調式射頻濾波器500和可調式射頻濾波器300之運作原理類似，可在參考電壓VREF1和VREF2之值皆為VCC(VCC>0)時在帶通模式下運作(如第7A圖所示)，並在參考電壓VREF1之值為VCC(VCC>0)而參考電壓VREF2之值為0時在帶阻模式下運作(如第7B圖所示)。此外，可調式射頻濾波器500另可透過多組帶阻濾波器和開關單元之架構來選擇不同的帶通濾波範圍和帶阻濾波範圍，也就是提供不同頻率特性之射頻輸出訊號SOUT。
可調式射頻濾波器600和可調式射頻濾波器400之運作原理類似，可在參考電壓VREF1和VREF2之值皆為VCC(VCC>0)時在帶通模式下運作(如第9A圖所示)，並在參考電壓VREF1之值為VCC(VCC>0)而參考電壓VREF2之值為0時在帶阻模式下運作(如第9B圖所示)。此外，可調式射頻濾波器600另可透過多組帶阻濾波器和開關單元之架構來選擇不同的帶通濾波範圍和帶阻濾波範圍，也就是提供不同頻率特性之差模射頻輸出訊號SOUT1和SOUT2。
綜上所述，本發明使用功率分配器將射頻輸入訊號重新分配成兩路徑輸入訊號，使用兩路徑處理電路來分別調整兩路徑輸入訊號之振幅、頻率特性及/或相位響應以提供兩射頻訊號，最後再由功率耦合器將調整後的兩射頻訊號加以重組以提供射頻輸出訊號。因此，本發明之可調式射頻濾波器能動態調整通道以改變射頻輸出訊號的特性，在針對多RF頻段的應用提供訊號隔離時可彈性提供通道選項。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之 均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100:可調式射頻濾波器
110:功率分配器
121:第一路徑處理電路
122:第二路徑處理電路
130:功率耦合器
LNA1、LNA2:低雜訊放大器
LPF:低通濾波器
INV:反相器電路
SIN:射頻輸入訊號
SOUT:射頻輸出訊號
SIN1:第一路徑輸入訊號
SIN2:第二路徑輸入訊號
VREF1、VREF2:參考訊號

Claims (10)

  1. 一種可調式射頻(radio frequency,RF)濾波器，其包含：一功率分配器，用來將一射頻輸入訊號重新分配成一第一路徑輸入訊號和一第二路徑輸入訊號；一第一路徑處理電路，耦接於該功率分配器以接收該第一路徑輸入訊號，用來：在被一第一參考訊號開啟時，調整該第一路徑輸入訊號之一振幅和一頻率特性以輸出相對應之一第一射頻訊號；且在被該第一參考訊號關閉時，阻擋該第一路徑輸入訊號通過以使該第一射頻訊號之值為0；一第二路徑處理電路，耦接於該功率分配器以接收該第二路徑輸入訊號，用來：在被一第二參考訊號開啟時，調整該第二路徑輸入訊號之一振幅以輸出相對應之一第二射頻訊號；且在被該第二參考訊號關閉時，阻擋該第二路徑輸入訊號通過以使該第二射頻訊號之值為0；一功率耦合器，用來：透過耦接於該第一路徑處理電路之一第一輸入端接收該第一射頻訊號；透過耦接於該第二路徑處理電路之一第二輸入端接收該第二射頻訊號；將該第一射頻訊號正向耦合至一第一輸出端且將該第二射頻訊號反向耦合至該第一輸出端，以於該第一輸出端輸出相對應之一第一射頻輸出訊號；以及 將該第一射頻訊號反向耦合至一第二輸出端且將該第二射頻訊號正向耦合至該第二輸出端，以於該第二輸出端提供相對應之一第二射頻輸出訊號；以及一控制器，用來：輸出該第一參考訊號以選擇性地開啟或關閉該第一路徑處理電路；以及輸出該第二參考訊號以選擇性地開啟或關閉該第二路徑處理電路。
  2. 如請求項1所述之可調式射頻濾波器，其中：該第一路徑處理電路包含：一第一低雜訊放大器(low-noise amplifier,LNA)，用來以一第一增益調整該第一路徑輸入訊號之該振幅；以及一低通濾波器(low-pass filter)，用來允許該第一路徑輸入訊號中的低頻成分通過，並降低該第一路徑輸入訊號中高頻成分的通過率；且該第二路徑處理電路包含：一第二低雜訊放大器，用來以一第二增益調整該第二路徑輸入訊號之該振幅；以及一反向器，用來調整該第二路徑輸入訊號之一相位響應以輸出相對應之該第二射頻訊號，以使該第二射頻訊號和該第二路徑輸入訊號之間的相位差為180度。
  3. 如請求項2所述之可調式射頻濾波器，其中： 當該第一低雜訊放大器被具一第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具該第一電壓之該第二參考訊號開啟時，該可調式射頻濾波器係在一高通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中高頻成分的反向訊號而該第二射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中低頻成分的反向訊號；當該第一低雜訊放大器被具該第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具一第二電壓之該第二參考訊號關閉時，該可調式射頻濾波器係在一低通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中低頻成分的正向訊號；當該第一低雜訊放大器被具該第二電壓之該第一參考訊號關閉且該第二低雜訊放大器被具該第一電壓之該第二參考訊號開啟時，該可調式射頻濾波器係在一全通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中全頻成分的反向訊號；且該第一電壓相異於該第二電壓。
  4. 如請求項1所述之可調式射頻濾波器，其中：該第一路徑處理電路包含：一第一低雜訊放大器，用來以一第一增益調整該第一路徑輸入訊號之該振幅；以及一帶阻濾波器(band-stop filter)，用來允許該第一路徑輸入訊號中一特定頻帶之外的其它成分通過，並降低該第一路徑輸入訊號中該特定頻帶的通過率；且 該第二路徑處理電路包含：一第二低雜訊放大器，用來以一第二增益調整該第二路徑輸入訊號之該振幅；以及一反向器，用來調整該第二路徑輸入訊號之一相位響應以輸出相對應之該第二射頻訊號，以使該第二射頻訊號和該第二路徑輸入訊號之間的相位差為180度。
  5. 如請求項4所述之可調式射頻濾波器，其中：當該第一低雜訊放大器被具一第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具該第一電壓之該第二參考訊號開啟時，該可調式射頻濾波器係在一帶通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中該特定頻帶的反向訊號；當該第一低雜訊放大器被具該第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具一第二電壓之該第二參考訊號關閉時，該可調式射頻濾波器係在一帶阻模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中該特定頻帶之外其它成分的正向訊號；且該第一電壓相異於該第二電壓。
  6. 如請求項2至5中任一項所述之可調式射頻濾波器，其中該功率耦合器係為一功率組合器，用來在結合該第一射頻訊號和該第二射頻訊號後以一單端輸出方式提供該第一射頻輸出訊號。
  7. 如請求項1所述之可調式射頻濾波器，其中：該第一路徑處理電路包含：一第一低雜訊放大器，用來以一第一增益調整該第一路徑輸入訊號之該振幅；以及一低通濾波器，用來允許該第一路徑輸入訊號中的低頻成分通過，並降低該第一路徑輸入訊號中高頻成分的通過率；以及該第二路徑處理電路包含一第二低雜訊放大器，用來以一第二增益調整該第二路徑輸入訊號之該振幅。
  8. 如請求項7所述之可調式射頻濾波器，其中：當該第一低雜訊放大器被具一第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具該第一電壓之該第二參考訊號開啟時，該可調式射頻濾波器係在一高通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中高頻成分的反向訊號，而該第二射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中高頻成分的正向訊號；當該第一低雜訊放大器被具該第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具一第二電壓之該第二參考訊號關閉時，該可調式射頻濾波器係在一低通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中低頻成分的正向訊號，而該第二射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中低頻成分的反向訊號；當該第一低雜訊放大器被具該第二電壓之該第一參考訊號關閉且 該第二低雜訊放大器被具該第一電壓之該第二參考訊號開啟時，該可調式射頻濾波器係在一全通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中全頻成分的反向訊號，而該第二射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中全頻成分的正向訊號；且該第一電壓相異於該第二電壓。
  9. 如請求項1所述之可調式射頻濾波器，其中：該第一路徑處理電路包含：一第一低雜訊放大器，用來以一第一增益調整該第一路徑輸入訊號之該振幅；以及一帶阻濾波器，用來允許該第一路徑輸入訊號中一特定頻帶之外的其它成分通過，並降低該第一路徑輸入訊號中該特定頻帶的通過率；以及該第二路徑處理電路包含一第二低雜訊放大器，用來以一第二增益調整該第二路徑輸入訊號之該振幅。
  10. 如請求項9所述之可調式射頻濾波器，其中：當該第一低雜訊放大器被具一第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具該第一電壓之該第二參考訊號開啟時，該可調式射頻濾波器係在一帶通模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中該特定頻帶的正向訊號，而該第二射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中該特定頻帶的反向訊號； 當該第一低雜訊放大器被具該第一電壓之該第一參考訊號開啟且該第二低雜訊放大器被具一第二電壓之該第二參考訊號關閉時，該可調式射頻濾波器係在一帶阻模式下運作，以使該第一射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中該特定頻帶之外其它成分的正向訊號，而該第二射頻輸出訊號對應於該射頻輸入訊號中該特定頻帶之外其它成分的反向訊號，；且該第一電壓相異於該第二電壓。
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