專利名稱：有源低通濾波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種選擇性的(selective)有源(active)低通濾波器以及一 種用于改善有源低通濾波器的選擇性的方法。它歸于多重射頻前端(MRFE， Multi-Radio-Front-End )項目的框架下，用以設計多才莫式、多標準的固定/移動 終端，所述終端集成了例如蜂窩電話(GSM, UMTS等)系統(tǒng)、陸地數字電 視接收機(DVB-H/T)系統(tǒng)和用于接入本地網絡(WLAN a/b/g )的系統(tǒng)。
背景技術：
從技術觀點來看，各種接入模式集中到單一通信對象會涉及尤其由于每 個模式的操作頻帶的接近度(proximity )引起的共存(coexistence )的問題。
本發(fā)明具體地關注DVB-H/T和GSM標準的共存，如圖1所示，很明顯， 如果沒有濾波裝置并入到系統(tǒng)中以隔離2個頻帶，則在頻帶890-915 MHz內 發(fā)送的GSM信號無疑會干擾并且惡化DVB-T/H接收。
寬度方面的非常嚴格的規(guī)范導致必須使用超選擇性(ultra-selective )的低 通濾波器。實際上，這種濾波器必須具有高于或等于862 MHz的截止頻率， 并且將從890到915 MHz的GSM頻帶抑制至少20 dB。根據初步分析的結果， 僅使用11階濾波器以及處理偽橢圓型(pseudo-elliptical)的響應使得能夠實 現(xiàn)這些目標。
圖1示出了用于該濾波器的網絡。該濾波器的綜合自動導致一種對稱的 網絡結構。它包括
.6個耦合電感器輸入端E與輸出端S之間串聯(lián)連接的2+L1、 2*L2、 2*L3;
以及在各個耦合電感器與地之間插入的5個串聯(lián)LC諧振元件 2*Lrl/Crl、 2*Lr2/Cr2、 l*Lr3/Cr3。這些連續(xù)LC元件在非常接近于濾波器的 截止頻率的頻率處諧振，因此產生傳輸零點(transmission zeros),這使得顯 著地增強濾波器的選擇性。
針對該濾波器寬度推薦的該網絡綜合體的方法的應用會導致組件的下列值
耦合電感器Ll=1.5nH, L2=10nH, L3=9.1 nH
串聯(lián)L/C元件Lrl=ll nH, Lr2=7.5 nH， Lr3=6.8 nH, Crl=2.2 pF， Cr2=3 pF, Cr3=3.3pF
下面章節(jié)的重要備注涉及L/C元件的諧振頻率實際上應當注意，使得 能夠獲得傳輸零點的最接近截止頻率的L/C諧振器被放置在網絡的末端，此 處，在這種情況下，2 Lrl/Crl在頻率Frl=1023 MHz處諧振。2個其它L/C 諧振器在頻率Fr2=1061 MHz和Fr3=1062 MHz處諧振。
圖2示出了通過考慮理想L/C組件模擬的傳輸響應。在這種情況下，可 以有效地關注大約860 MHz的截止頻率Fc (如點ml所示)和大于40 dB的 GSM頻帶的抑制(如點m2所示)。
通常所采用的組件是例如由制造商Murata提供的來自電感器系列 LQW15和來自電容器系列GRM15的SMC(表面貼裝組件)。
事實上，如果考慮寄生元件，在Fc的相鄰物中會嚴重地惡化插入損失。 這種降低主要是由于電感器的寄生串聯(lián)電阻(對于繞線式(wound)的SMC電 感器大約1歐姆的典型值)引起的，這減少了電感器的質量因素并且結果在 插入損失和選擇性方面降低了濾波器的性能。在圖2中，示出了考慮網絡的 L/C組件的寄生元件的濾波器的模擬性能，注釋了在Fc的插入損失的惡化， 所述損失上升到大于13 dB。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于克服這些缺陷。
本發(fā)明包括一種用于改善低通濾波器的選擇性的方法，所述低通濾波器 具有截止頻率Fc,并且由LC諧振元件和耦合電感器聯(lián)合的對稱網絡組成， 所述耦合電感器被串聯(lián)配置在輸入端口和輸出端口之間。
所述用于改善低通選擇性的方法包括下列步驟
-在所述網絡的中心，中心調整在最接近所述截止頻率Fc的頻率處諧振 的元件；
-插入與所述諧振元件串聯(lián)的負電阻RN;
-優(yōu)化所述網絡的LC諧振元件的組件的值，以便在操作頻帶內匹配所述 濾波器。本發(fā)明的優(yōu)點是解決了 DHV—H/T與GSM標準共存的形勢引起的問題。 本發(fā)明也包括一種具有截止頻率Fc的選擇性的有源低通濾波器，其由電 感器L和LC諧振器的網絡組成。它在所述網絡的中心包括一個負電阻RN， 該負電阻與在最接近截止頻率Fc的頻率處諧振的元件串聯(lián)。
優(yōu)選地，所述負電阻具有大于所述耦合電感器的寄生電阻的值。 根據本發(fā)明的一種變式，所述濾波器是ll階濾波器，并且展現(xiàn)偽橢圓型 的響應。
因此本發(fā)明具有如下優(yōu)點
由于僅使用一個負電阻，濾波器的大小受到限制，其成本和功耗降低， 并且由于電學上穩(wěn)定功能，可以無條件地將該濾波器插入到接收機系統(tǒng)。


在閱讀結合附圖呈現(xiàn)的下列描述時，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點與其它特
征和優(yōu)點將變得更清楚明顯，附圖中
圖1示出了根據現(xiàn)有技術的低通濾波器，上面已經進行了描述；
圖2對應于考慮寄生元件的低通濾波器的模擬響應曲線，上面已經進行
了描述；
圖3示出了包括負電阻的有源低通濾波器的網絡；
圖4示出了在網絡的一個末端處包括單個負電阻的有源低通濾波器的網
絡；
圖5示出了根據本發(fā)明的在網絡的中心包括單個負電阻的有源低通濾波 器的網絡；
圖6示出了根據本發(fā)明的有源低通濾波器的模擬響應曲線； 圖7示出了負電阻的布局。
具體實施例方式
為了筒化描述，在這些后面的附圖中將使用相同的標記指代完成相同功 能的元件。
最關鍵的寄生電阻是電感器Lr的那些，其允許產生接近于Fc的傳輸零 點，更具體地，與Crl串聯(lián)連接的Lrl產生最接近Fc的傳輸零點，如先前已 經闡述的。
5此處提出的設計基于有源濾波技術的使用，由于偽橢圓低通型的響應，
使得所發(fā)送的不期望的GSM頻帶得以抑制并且由此使從470到862 MHz的 整個DVB頻帶免于潛在的干擾。
有源濾波器被定義為一種包括有源組件(例如主要是晶體管)的濾波器。 明顯的是，由于針對無源元件固有的損失進行的可能的補償，有源濾波器相 對于無源濾波器，在插入損失和要實現(xiàn)的選擇性方面具有更高的性能。然而， 濾波器中的有源組件會引起某些問題，例如電學穩(wěn)定性、裝置噪聲、有源組 件的非線性和電功耗。
在低通網絡的特定情況下，電感器的損失通過引入串聯(lián)的有源電路來補 償，其目的是產生負電阻，這將隨后用于補償這些電感器的寄生電阻。
在極端情況下，為了恢復理想的低通濾波器的性能，隨后將負電阻添加 到每個L/C元件，換言之，對于我們的ll極濾波器，必須添加如圖3所示的 總計5個電阻RN1、 RN2、 RN3、 RN4和RN5。但是濾波器的成本、其尺寸 和其功耗將增加相當多。
圖4圖示了另一種解決方案。它包括僅引入單個負電阻，其具體與2個 電感器Lrl (該電感器與電容器Crl串聯(lián)連接)之一串聯(lián)放置，并且其允許產 生最接近Fc的傳輸零點。而且，通過采用大于電感器的寄生電阻的值的負電 阻RN1,該電阻事實上允許補償在截止頻率Fc的相鄰物中的所有網絡損失。
例如，~-7歐姆的負電阻認值(通常使用具有1個雙極晶體管或具有 2個雙極晶體管的結構設計)允許補償~1歐姆的寄生電阻值。
圖7示出了這樣的負電阻的布局。晶體管的端口l和2連接到晶體管的 基極。每個晶體管的集電極連接到相對晶體管的基極。偏置電壓被施加到發(fā) 射極的公共點。許多其它電路允許模擬負電阻。
該模擬結果示出這種濾波器是電學不穩(wěn)定性的潛在來源，尤其是當后者 被插入到DVB-H/T接收機系統(tǒng)。
通過返回到濾波網絡的初始結構(例如通常所采用的)，具體地在該網絡 內的LC諧振器的位置，換句話說，通過將位于網絡一末端處并且在最接近 濾波器的截止頻率Fc的頻率處諧振的LC諧振器之一放置到網絡的中心，并 且插入與該LC諧振器串聯(lián)的負電阻，另外地克服了不穩(wěn)定性的問題。該電 阻的值必須大于單獨一個電感器的寄生電阻，以便補償整個網絡的損失，網 絡的另 一個L和C組件的值必須再次被優(yōu)化，以便在操作頻帶內重新匹配濾波器。
圖5圖示了這樣的在網絡的中心包括單個負電阻的有源低通濾波器。該
有源低通濾波器包括在輸入端口 Portl與輸出端口 Port2之間串聯(lián)的6個耦合 電感器。放置5個諧振元件，從而在濾波器的中心插入以最接近該濾波器的 截止頻率Fc的頻率諧振的諧振元件Lrl/Crl之一。負電阻RN1與該諧振器 Lrl/Crl串聯(lián)地插入。
2個諧振元件Lr2/Cr2被放置在所述中心元件的兩側，而諧振元件Lr4/Cr4 和Lr3/Cr3被連接在濾波器的末端。
隨后諧振元件的值被以獲得期望的選擇性和匹配性能的這種方式優(yōu)化。
單個合理放置的負電阻的加入使得能夠補償最關鍵電感器的寄生電阻， (例如通常所采用的)初始濾波網絡的修改可以使得濾波器無條件地穩(wěn)定。
圖6示出了根據本發(fā)明的有源低通濾波器的模擬響應曲線。看得出，不 期望的GSM頻帶的衰減達到超過40 dB。該曲線的點m2對應于在頻率890 MHz處的-43.71 dB的衰減。點ml表示在頻率860 MHz處的-0.33 dB的損失。 因此該插入損失保持非常低。
濾波裝置是完全電學穩(wěn)定的，因為另外在濾波器的2個端口處的模擬的 反映參數是負的。
得到的濾波器在DVB-H/T頻帶內的插入損失方面和在抑制不期望的 GSM頻帶方面都展示了令人滿意的性能。對于其中操作頻率相對較低(<1 GHz)的這種特殊應用，所討論的LC元件是離散元件(或者被局部化，是 SMC類型)，以便保存濾波器的緊密特性，但是明顯的是，該概念也可應用 于其它技術，尤其是當這些LC元件是由分布式的元件例如傳輸線組成時， 用以更高頻率應用。
權利要求
1.一種用于改善低通濾波器的選擇性的方法，所述低通濾波器具有截止頻率FC，并且由LC諧振元件和耦合電感器聯(lián)合的網絡組成，所述耦合電感器被串聯(lián)配置在輸入端口和輸出端口之間，所述方法的特征在于下列步驟-在所述網絡的中心，中心調整在最接近所述截止頻率FC的頻率處諧振的元件；-僅插入一個與所述諧振元件串聯(lián)的單一負電阻RN，和-優(yōu)化所述網絡的LC諧振元件的組件的值，以便在操作頻帶內匹配所述濾波器，并且將不期望的頻帶抑制到期望級別。
2. 如權利要求1的用于改善低通濾波器的選擇性的方法，其特征在于，所述負電阻的值大于所述耦合電感器的寄生電阻的值。
3. —種具有截止頻率Fc的選擇性的有源低通濾波器，其由電感器L和LC諧振器的網絡組成，其特征在于，它在所述網絡的中心包括僅一個單個負電阻RN,該負電阻與在最接近截止頻率Fc的頻率處諧振的元件串聯(lián)。
4. 如權利要求3的選擇性的有源低通濾波器，其特征在于，所述負電阻具有大于所述耦合電感器的寄生電阻的值。
5. 如權利要求3的選擇性的有源低通濾波器，其特征在于，所述濾波器是11階濾波器，并且展現(xiàn)偽橢圓型的響應。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種選擇性的有源低通濾波器以及一種用于改善所述濾波器的選擇性的方法。所述方法包括在網絡的中心處中心調整其頻率最接近于濾波器的截止頻率的諧振元件；以及與該元件串聯(lián)地插入一負電阻，該負電阻的電阻值大于該濾波器的寄生電阻。
文檔編號H03H7/12GK101584114SQ200780044100
公開日2009年11月18日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權日2006年11月27日
發(fā)明者多米尼克·洛海因唐, 弗朗索瓦·巴倫, 拉法特·拉巴比迪, 阿里·洛齊爾 申請人:湯姆森特許公司