專利名稱：改進(jìn)的離散lc濾波器的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對離散濾波器領(lǐng)域，更具體地針對電容器和/或電感器組濾波器。
背景技術(shù)：
電感器和電容器組可以被配置為實(shí)現(xiàn)多種不同離散濾波器。圖1a示出了一個電感(L)組的實(shí)施例。對于該實(shí)施例，電感組包括五個電感器(110、108、106、104和102)。盡管電感組100包括五個電感器，但是可以使用任意數(shù)量的電感器，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。電感器的數(shù)量和數(shù)值是期望的濾波器的頻率響應(yīng)特性的函數(shù)。形成電感組100的電感器被并聯(lián)設(shè)置。每個電感器通過如圖1a所示的相應(yīng)開關(guān)加到L組。典型地，開關(guān)可以用金屬氧化物半導(dǎo)體(“MOS”)晶體管來實(shí)現(xiàn)。
圖1b示出了電容組的一個實(shí)施例。對于該實(shí)例，電容組120包含有五個電容器(130、128、126、124和122)。可以選擇不同數(shù)量的電容器和不同的電容值來實(shí)現(xiàn)不同的頻率響應(yīng)。同樣，如圖1b所示，電容器128、126、124和122是通相應(yīng)開關(guān)被選擇用于C組的。典型地，這些開關(guān)是用MOS晶體管實(shí)現(xiàn)的。
每個MOS開關(guān)晶體管在濾波器響應(yīng)中引入電阻分量。這樣，被選擇在C組中的每個電容器增加串聯(lián)阻抗。串聯(lián)阻抗的增加，或并聯(lián)阻抗的減小，使得Q因數(shù)減小，這又使濾波器組的性能降低。
因此，期望通過減小寄生電容和增加Q因數(shù)來改善LC濾波器的特性和性能。

發(fā)明內(nèi)容
離散電感-電容(LC)濾波器在至少兩個電感器組之間選擇，以對一個或多個頻帶對LC濾波器進(jìn)行調(diào)諧。濾波器接收用于處理的輸入信號。輸入信號包括一個或多個頻帶?？刂菩盘栠x擇用于處理的頻帶，包括至少一個電感器的第一電感器組被選擇用于對第一頻帶進(jìn)行濾波，也包括至少一個電感器的第二電感器組被選擇用于對第二頻帶進(jìn)行濾波。開關(guān)電路將輸入信號連接到第一電感器組或第二電感器組。如果選擇的是第一頻帶，則開關(guān)電路選擇第一電感器組，而如果選擇的是第二頻帶，則開關(guān)電路選擇第二電感器組。開關(guān)電路在電氣上隔離輸入信號到第一和第二電感器組的轉(zhuǎn)換，以提高LC濾波器的Q因數(shù)。


圖1a示出了電感(L)組的一個實(shí)施例；圖1b示出了電容組的一個實(shí)施例；圖2是表示用于實(shí)現(xiàn)LC濾波器的一個實(shí)施例的框圖；圖3示出了放大器的輸入級的一個實(shí)施例；圖4示出了在電感器組之間進(jìn)行選擇的放大器的輸出級的一個實(shí)施例；圖5A示出了電氣上連接電容器的一個實(shí)施例；圖5B示出了用于減小電容器組的寄生電容的一個實(shí)施例；圖6A示出了一個示例性的電容器組；圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例配置的一個電感器組；圖7示出了示例性LC濾波器的頻率響應(yīng)；圖8示出了示例性的LC濾波器。
具體實(shí)施例方式
圖2是表示用于實(shí)現(xiàn)LC濾波器的一個實(shí)施例的框圖。電路200包括兩個信號通路第一頻帶(例如，頻帶I)的信號通路，和第二頻帶(例如，頻帶II、III)的信號通路。在一個應(yīng)用中，電路200包括電視調(diào)諧器的LC濾波器組。對于電視調(diào)諧器實(shí)施例，“頻帶I”的信號通路對50至285MHz頻率范圍內(nèi)的輸入信號進(jìn)行濾波，而“頻帶II、III”的信號通路對285至880MHz頻率范圍內(nèi)的輸入信號進(jìn)行濾波。
第一頻帶的信號通路由包括電感器206和208的電感組(即，變壓器)組成。電感組(電感器206和208)從射頻(“RF”)輸入端202接收輸入信號。電路200進(jìn)一步包括，第一信號通路中的電容器組220。電容器組220包括選擇性地連接到第一信號通路的多個電容器。電容器組220中的電容器與電感器206和208的選擇性連接包括第一可調(diào)諧LC濾波器。電容器組220的輸出是對(例如，自動增益控制的)放大器226的輸入。
RF輸入端202通過電容器204，也連接到第二組輸入頻率(例如，頻帶II、III)的第二信號通路。第二頻帶的第二信號通路包括電感器組和電容器組222，電感器組由電感器210和212組成。電容器組222包括多個電容器，它們被選擇性地連接以在第二信號通路中對信號進(jìn)行濾波。電容器組220的電容器和電感器210和212包括第二信號通路的第一可調(diào)諧LC濾波器。電容器組220的輸出是對AGC放大器226的輸入。
AGC放大器226選擇性地將第一信號通路或第二信號通路連接到放大器226的輸出端。例如，在電視調(diào)諧器實(shí)施例中，如果電視調(diào)諧器被設(shè)置為調(diào)諧頻帶I中的信道，則AGC放大器226選擇第一信號通路?？商娲兀绻娨曊{(diào)諧器被設(shè)置為調(diào)諧頻帶II、III中的信道，則AGC放大器226選擇第二信號通路。下面結(jié)合對圖3和4的討論，更完整地描述AGC放大器226的一個實(shí)施例。
對于第一信號通路，AGC放大器226的輸出端被連接到電容器組228。電容器組228的輸出是對電容器組的輸入。電感器組的輸出又是對電容器組240的輸入。對于該實(shí)施例，電感器組包括電感器234和236，和可調(diào)諧電容器230和232。與電容器組220類似，電容器組228和240的電容器被選擇用來調(diào)諧LC濾波器。第一信號通路的輸出是對緩沖器254的輸入。
對于第二信號通路，AGC放大器226的輸出端被連接到電容器組242。與第一信號通路類似，電容器組242的輸出是對電感器組(即，電感器248、250和可調(diào)諧電容器230和246)的輸入。電感器組的輸出被輸入到電容器組252。電容器組228和240的電容器被選擇用來調(diào)諧或編制LC濾波器。第二信號通路的輸出也是對放大器254的輸入。
對于圖2的實(shí)施例，電感器不包括與電感器串聯(lián)的用于選擇性地向LC濾波器加入電感的開關(guān)(例如，MOS晶體管)。相反，輸入信號(即，用于處理的信號)被轉(zhuǎn)換到信號通路(例如，圖2實(shí)施例的第一和第二信號通路)之間的放大器中。在電感器組中進(jìn)行串聯(lián)電阻的消除，會得到LC濾波器的更好的Q因數(shù)。在第一和第二信號通路之間轉(zhuǎn)換的放大器，隔離來自MOS晶體管的電阻。盡管圖2的實(shí)施例隔離了輸入和輸出晶體管級的開關(guān)，但是可以使用任何用來隔離電開關(guān)的串聯(lián)電阻與電感器配置，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。
圖2的LC濾波器結(jié)構(gòu)使線圈數(shù)達(dá)到最小。第一和第二信號通路適合于覆蓋很寬的輸入頻率范圍。例如，在圖2的實(shí)施例中，第一和第二信號通路都只使用兩個線圈。該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于處理UHF/VHF電視信號頻帶。
圖3和4分別示出了放大器的輸入和輸出級的一個實(shí)施例。放大器在信號通路之間轉(zhuǎn)換，以有效地選擇輸入信號的電感器組。通常，放大器接收來自第一和第二信號通路的信號，和控制信號(Band或Band′)作為輸入。對于第一信號通路(例如，頻帶I的信號通路)，晶體管328和332，當(dāng)被選擇時，驅(qū)動該晶體管級的輸出。如果第二信號通路被選擇(例如，頻帶II、III的信號通路)，則晶體管318和320驅(qū)動該晶體管級的輸出。第一信號通路的差分輸入信號通路包括，電容器326和330，以及電容器318。第二信號通路接收輸入到電容器314和316的差分信號。
控制信號，Band，控制第一信號通路的開關(guān)304的開關(guān)，并控制第二信號通路中開關(guān)338和340的開關(guān)?？刂菩盘?，Band′，具有與控制信號Band相反的值?？刂菩盘朆and′控制第一信號通路的開關(guān)302的開關(guān)，并控制第二信號通路中的開關(guān)322和324的開關(guān)。在一個實(shí)施例中，開關(guān)(302、304、322、324、338和340)包括金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。在操作中，為了選擇第一信號通路(例如，頻帶I)，Band被設(shè)置為低邏輯電平，而Band′被設(shè)置為高邏輯電平。在這些控制信號下，開關(guān)302被接通，而開關(guān)338和340被關(guān)斷。開關(guān)302的起動使輸出晶體管(328和332)導(dǎo)通。因此，輸入信號通過晶體管328和332被傳導(dǎo)。同樣，Band上的低邏輯電平信號關(guān)斷開關(guān)304，而Band′上的高邏輯電平接通開關(guān)322和324。開關(guān)322和324在閉合時，使得晶體管318和320的基極接地，并且對第二信號通路的輸入信號不被傳遞到輸入晶體管級(300)的輸出端。
相反，當(dāng)Band被設(shè)置為高邏輯電平而Band′被設(shè)置為低邏輯電平時，開關(guān)302打開，開關(guān)338和340閉合。在這些控制信號下，晶體管332和328的基極上的電壓電平被接地，這樣，就關(guān)斷了晶體管328和332。因此，來自第一信號通路的輸入信號不被傳送到輸入晶體管級(300)的輸出端。同樣，Band上的高邏輯電平和Band′上的低邏輯電平，使開關(guān)304閉合，并使開關(guān)332和324打開。開關(guān)304的起動使得輸出晶體管，318和320，通過電阻器308和306的上拉而導(dǎo)通。因此，對第二信號通路的輸入信號被傳遞到輸入晶體管級(300)的輸出端。該晶體管級的每個輸出線路包括電流緩沖器，在圖3上示為電流源334和336。
圖4示出了在電感器組之間進(jìn)行選擇的放大器的輸出級的一個實(shí)施例。放大器隔離晶體管的開關(guān)，并從而隔離晶體管對電感器組的串聯(lián)電阻。在一個實(shí)施例中，放大器的輸出級包括跨導(dǎo)(gm)放大器。對于該實(shí)施例，將電壓變換成電流的跨導(dǎo)放大器，包括晶體管410、412、414、416、418和420，以及可變電阻器422和426和電流源428。為選擇第一信號通路(例如，頻帶I)，Band控制信號被設(shè)置為低邏輯電平，而Band′控制信號被設(shè)置為高邏輯電平。高邏輯電平Band′控制信號接通晶體管404以將晶體管410和412的基極置于高邏輯電平。因此，晶體管410和420驅(qū)動頻帶I或第一信號通路的輸出。同樣，Band′上的高邏輯電平使開關(guān)406閉合，使晶體管412和418的基極接地。因此，晶體管412和418被關(guān)斷，并且輸入不傳遞到第二信號通路(頻帶II、III)。
可替代地，為選擇第二信號通路(頻帶II、III)，Band控制信號被設(shè)置為高邏輯電平，而Band′控制信號被設(shè)置為低邏輯電平。高邏輯電平Band′控制信號接通晶體管404以將晶體管410和412的基極置于高邏輯電平。因此，晶體管412和418驅(qū)動第二信號通路(頻帶II、III)的輸出。同樣，Band′上的低邏輯電平使開關(guān)408閉合，使晶體管410和420的基極接地并關(guān)斷晶體管(即，輸入不傳遞到第一信號通路(頻帶I)到輸出端)。
圖5A示出了電氣上連接電容器的一個實(shí)施例。通常，一個或多個電容器選擇性地連接多個電容器，以形成可配置的電容器組。對于圖5A的實(shí)例電路500，電容器502和506通過開關(guān)504連接。在一個實(shí)施例中，開關(guān)504包括金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。控制信號(CT)啟動開關(guān)504，以在電氣上連接電容器502和506。
圖5B示出了用于減小寄生電容的電容器組的一個實(shí)施例。電容器組的實(shí)例包括由MOS晶體管(例如，NMOS)510選擇性地連接的電容器508和512。為使寄生電容達(dá)到最小，圖5B的電路包括晶體管540和550?？刂菩盘?CT)用于選擇電容器(508和512)來配置電容器組。控制信號(CT)被輸入到晶體管540和550的柵極，以及通過電阻器520輸入到晶體管510的柵極。晶體管540在接通時，通過電阻器514將節(jié)點(diǎn)560接地。如圖5B所示，節(jié)點(diǎn)560位于連接晶體管510和電容器508的點(diǎn)上。同樣，晶體管550在被CT啟動時，通過晶體管530將節(jié)點(diǎn)570接地。盡管如圖5B所示的電路可以用于選擇性地連接兩個電容器，但是該電路也可以同樣選擇性地連接任何數(shù)量的電容器，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。
在操作中，為連接電容器508和512，CT被設(shè)置成高邏輯電平。CT上的高邏輯電平接通晶體管510，從而連接電容器508和512。同樣，CT上的高邏輯電平接通晶體管540并關(guān)斷晶體管550。因此，晶體管540通過將經(jīng)由晶體管514和530的電壓向接地端下拉來降低節(jié)點(diǎn)560和570上的電壓。在這種狀態(tài)下(即，晶體管510被導(dǎo)通)，節(jié)點(diǎn)560和570上的電壓適當(dāng)?shù)貙w管進(jìn)行偏置。為分離電容器508和512，CT信號被設(shè)置成低邏輯電平。因此，晶體管540和510被關(guān)斷，而晶體管550被接通。起動的晶體管550基于電阻器514和530和晶體管550上的偏壓，使節(jié)點(diǎn)560和570上的電壓增加。同樣，CT上的低邏輯電平使晶體管510的柵極上的電壓接地。晶體管510的柵極到源極電壓的增加，源極(即，節(jié)點(diǎn)570)上電壓和柵極上電壓的結(jié)果，減小了晶體管510的柵極-源極結(jié)電容。類似地，晶體管510的柵極到漏極電壓的增加，漏極(即，節(jié)點(diǎn)560)上電壓和柵極上電壓的結(jié)果，減小了晶體管510的漏極-柵極結(jié)電容。這樣，該電路使MOS晶體管上從漏極到柵極和柵極到源極的結(jié)所產(chǎn)生的寄生電容達(dá)到最小。
在一個實(shí)施例中，電感組的濾波器特性得到改善。具體地，電感器組的帶通特性通過基于期望的濾波器特性來調(diào)諧跨接電感器的電容而得到改善(例如，基于接收機(jī)的調(diào)諧頻率選擇電容以調(diào)節(jié)濾波器)。圖6A示出了示例性的電感器組。如圖6A的電路600所示，電感器610和620是并聯(lián)配置的。電感器組600的響應(yīng)是部分地基于電感器610和620之間的互耦系數(shù)。互耦系數(shù)如圖6A中由帶箭頭的線和符號M所示。
圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例配置的電感器組。對于該實(shí)施例，電感器組包括電感器640和650。另外，電感器組630包括可變電容器660?？勺冸娙萜?60是可調(diào)諧的，使得引入的電容可以變化?？勺冸娙萜?60可以包括能夠產(chǎn)生可變電容的任何種類的裝置。
通常，電感器組(例如，變壓器)的耦合系數(shù)是通過在電感之間引入電容(例如，圖6B的電路630中的可變電容器660)來控制的。該電容的選擇基于LC濾波器的調(diào)諧頻率。相反，圖6A的耦合電感器組600基于電感器的互耦系數(shù)。通過選擇電容來調(diào)諧耦合系數(shù)，可以得到跨越可變LC濾波器特性的恒定的帶寬(即，中心頻率)。
圖7示出了示例性LC濾波器的頻率響應(yīng)。為了命名的目的，帶寬響應(yīng)的特征在于中心頻率fc、fc1和fc2。圖8示出了示例性的LC濾波器。下面各項(xiàng)用于定義LC濾波器中的不同關(guān)系BW——帶寬kc——電容耦合k1——電感耦合M——互感中心頻率，fc，可以根據(jù)該表達(dá)式定義fc=fc1*fc2]]>頻率fc1和fc2之間的關(guān)系是基于響應(yīng)的帶寬，這樣fc1＝BW+fc2電容耦合系數(shù)可以表示為kc=CkC]]>
電感耦合系數(shù)可以表示為k1=ML]]>其中，“C”和“L”是圖7中所示的電容和電感?？傫詈舷禂?shù)可以表示為電容和電感耦合之和k＝kc+k1總耦合系數(shù)可以表示為fc1和fc2頻率的函數(shù)k=(fc1fc2)2-1(fc1fc2)2+1]]>因此，LC濾波器的頻帶響應(yīng)的中心頻率范圍(即，fc1到fc2)是部分地基于電容耦合系數(shù)的值可調(diào)諧的。
盡管以具體實(shí)施例的形式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，可以進(jìn)行不同修改和變化，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧離散LC濾波器，包括輸入端，其接收用于處理的輸入信號，所述輸入信號包括多個頻率；控制輸入端，其接收信息以選擇至少一個頻帶用于處理；第一電感器組，其用于對第一頻帶進(jìn)行濾波；第二電感器組，其用于對第二頻帶進(jìn)行濾波；以及開關(guān)電路，其將所述輸入信號連接到所述第一電感器組和所述第二電感器組，以便分別在電氣上隔離所述輸入信號到所述第一電感器組和所述第二電感器組的所述開關(guān)，如果所述第一頻帶被選擇，所述開關(guān)電路用于選擇所述第一電感器組，而如果所述第二頻帶被選擇，則用于選擇所述第二電感器組。
2.一種用于調(diào)諧離散LC濾波器的方法，所述方法包括以下步驟接收用于處理的輸入信號，所述輸入信號包括多個頻率；接收信息以選擇用于處理的至少一個頻帶；如果選擇第一頻帶，將所述輸入信號轉(zhuǎn)換到第一信號通路；將第一電感器組連接到所述第一信號通路；在電氣上隔離所述輸入信號的所述開關(guān)和所述第一電感器組；在所述第一電感器組中對所述第一頻帶進(jìn)行濾波；如果選擇第二頻帶，將所述輸入信號轉(zhuǎn)換到第二信號通路；將第二電感器組連接到所述第二信號通路；在電氣上隔離所述輸入信號的所述開關(guān)和所述第二電感器組；以及在所述第二電感器組中對所述第二頻帶進(jìn)行濾波。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離散電感－電容(LC)濾波器，其在至少兩個電感器組之間選擇以調(diào)諧LC濾波器。濾波器接收到輸入信號，輸入信號包括一個或多個頻帶?？刂菩盘栠x擇用于處理的頻帶。第一電感器組被選擇對第一頻帶進(jìn)行濾波，而第二電感器組被選擇對第二頻帶進(jìn)行濾波。開關(guān)電路將輸入信號連接到第一電感器組或第二電感器組。如果第一頻帶被選擇，則開關(guān)電路選擇第一電感器組，而如果第二頻帶被選擇，則開關(guān)電路選擇第二電感器組。開關(guān)電路在電氣上隔離輸入信號的開關(guān)和第一與第二電感器組，以提高LC濾波器的Q因數(shù)。本文公開的電路和技術(shù)能減小使用MOS晶體管的電容組中的寄生電容。此外，本文還公開了基于輸入信號頻率調(diào)諧電感組上的耦合系數(shù)的電路和技術(shù)。
文檔編號H03H7/12GK1826727SQ200480020787
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者鐮田隆嗣, 奧井一規(guī) 申請人:Rf信息公司