專(zhuān)利名稱:集成濾波器線路的制作方法
這項(xiàng)發(fā)明是關(guān)于一集成濾波器線路，它適合于制造在一塊硅片上的單片集成電路(單片IC)內(nèi)或類(lèi)似電路內(nèi)。
由于集成電路(單片IC，或在下面簡(jiǎn)寫(xiě)為IC)集成度的提高，實(shí)現(xiàn)分立元件濾波器的集成化已變得很重要，它可用來(lái)生產(chǎn)小而價(jià)廉的線路，迄今為止所使用的大多數(shù)的濾波器，是由電感L、電容C以及電阻R所構(gòu)成。因?yàn)殡姼蠰難于集成化，僅由電容C和電阻R構(gòu)成的有源濾液器，是適宜于做成集成電路的。圖1示出了一個(gè)眾所周知的雙T陷波電路。在該圖中，如果電阻R1、R2、R3和電容C1、C2、C3選成具有如下的關(guān)系R1＝R2＝2R3＝RC1＝C2＝C3/2＝C，陷波頻率fr可用下式表示fr＝ 1/(2πCR) (1)在圖1中，Vi表示一個(gè)輸入信號(hào)，而Vo是一個(gè)輸出信號(hào)。
當(dāng)我們將這種結(jié)構(gòu)的濾波器制造成集成電路時(shí)，就會(huì)遇到一個(gè)離散的問(wèn)題。這就是在集成電路中，由于半導(dǎo)體中含有參差不一的雜質(zhì)濃度和掩模對(duì)得不齊，各個(gè)電容和電阻的數(shù)值都是離散的。舉例來(lái)說(shuō)，電容C的容量和電阻R的阻值分別具有±20%和±15%之大的變化。因此，圖1的陷波濾器的陷波頻率，在如圖2所示的a(fr)到b(fr′)的范圍內(nèi)變化。在最壞的情況下，陷波頻率fr偏離±35%。在這種情況下，濾波器的實(shí)際應(yīng)用是極其困難的。為了克服這個(gè)困難，用激光修整，使得集成電路塊上電阻的阻值得到調(diào)節(jié)，以致電阻的離散能夠得到克服。但是，這種方法不能解決精密度、產(chǎn)量等等問(wèn)題。
因此，這項(xiàng)發(fā)明的目標(biāo)是要提供一種具有克服集成電容和電阻離散的能力，以及由于消除了上述缺點(diǎn)，能保證獲得好特性的集成濾波器線路。
為了達(dá)到本發(fā)明的這個(gè)目標(biāo)，這里提供了一種集成濾波器線路，它由許多并聯(lián)的濾波器線路所組成，而每一濾波器線路又由多個(gè)電容和多個(gè)電阻構(gòu)成。這些元件不論是電阻或電容，至少具有不同的數(shù)值。并采用選擇一個(gè)并聯(lián)濾波器的方法，就可以使集成電容和電阻的離散得到克服。另外，采用變?nèi)荻O管作為集成電容，能夠擴(kuò)大克服離散的范圍，并提高精密度。
現(xiàn)在的這項(xiàng)發(fā)明，可以從下面的詳細(xì)描述及附圖中顯而易見(jiàn)。在附圖中圖1是一個(gè)雙T型陷波濾波器的線路圖;
圖2是表示陷波頻率離散的特性曲線圖;
圖3是這項(xiàng)發(fā)明的一個(gè)具體方塊圖;
圖4是圖3具體實(shí)例的一個(gè)線路圖;
圖5是用來(lái)解釋克服陷波頻率離散的圖;
圖6是這項(xiàng)發(fā)明的另一具體線路圖;
圖7是變?nèi)荻O管一條特性的圖形;
圖8和圖9是用來(lái)說(shuō)明變?nèi)荻O管結(jié)構(gòu)的示圖;
圖10和11是這項(xiàng)發(fā)明的另外兩個(gè)具體方塊圖;
圖12是按照這項(xiàng)發(fā)明設(shè)計(jì)的濾波器線路的一個(gè)轉(zhuǎn)換線路例子的方塊圖;
圖13、14a、14b，15和16都是轉(zhuǎn)換線路具體實(shí)例的線路圖。
此項(xiàng)發(fā)明的一個(gè)具體化實(shí)例，將參照?qǐng)D3及后面的圖予以描述。圖3是這項(xiàng)發(fā)明的一個(gè)具體化的方塊圖。參閱圖3，這里表示出兩個(gè)相類(lèi)似的濾波器2和3，每個(gè)濾波器不但至少要包括有多個(gè)電阻器R和多個(gè)電容器C，而且至少是各電阻器R或各電容器C的數(shù)值都是不相同的。圖中表示的4和5，是分別為濾波器2和3的前后提供的轉(zhuǎn)換線路。轉(zhuǎn)換線路4和5從一控制引腳8獲得一控制信號(hào)VS，致使濾波器2和3的一個(gè)被它們選通。作為一個(gè)例子，轉(zhuǎn)換線路4和5每一個(gè)都是由一晶體管開(kāi)關(guān)線路所構(gòu)成。所有的濾波器線路2和3以及轉(zhuǎn)換線路4和5，可以制造成為一個(gè)單一的集成電路(IC)1。圖中的6和7分別表示IC1的信號(hào)輸入引腳和輸出引腳。一個(gè)加到輸入引腳6的輸入信號(hào)Vi，通過(guò)轉(zhuǎn)換線路4，濾波器2和轉(zhuǎn)換線路5;或者是通過(guò)轉(zhuǎn)換線路4、濾波器3和轉(zhuǎn)換線路5，到達(dá)輸出引腳7。在這里出現(xiàn)一個(gè)輸出信號(hào)Vo。
圖4是如圖3所示的IC1的一個(gè)具體實(shí)例的線路圖。在圖4中，濾波器2和3都是雙T型濾波器。濾波器2由電阻器R1、R2和R3以及電容器C1、C2和C3所組成。它們的相對(duì)值選擇為
fr1＝ 1/(2πCR) (3)濾波器3由電阻器R4、R5和R6以及電容器C4、C5和C6所組成。它們的相對(duì)值選擇為
表達(dá)式(2)和(4)的條件在集成電路中能以±1%的精確度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖4中，圖3中的轉(zhuǎn)換線路4，相當(dāng)于這里包括晶體管Q3和Q4以及反相器9的方塊，而圖3中的轉(zhuǎn)換線路5，相當(dāng)于這里包括晶體管Q7和Q8的方塊。按圖4的安排，當(dāng)控制信號(hào)VS是高電平時(shí)，晶體管Q3導(dǎo)通，晶體管Q4截止，導(dǎo)致輸入信號(hào)Vi通過(guò)晶體管Q2和Q6加到濾波器3。此時(shí)，由于晶體管Q7的基極電位低于晶體管Q8，所以晶體管Q7截止，而晶體管Q8導(dǎo)通，濾波器3的輸出出現(xiàn)在引腳7為Vo。當(dāng)控制信號(hào)VS是低電平時(shí)，濾波器2的輸出出現(xiàn)在引腳7為Vo。
現(xiàn)在，假如濾波器2的陷波頻率fr1選得比一希望的數(shù)值fO低15%;濾波器3的陷波頻率fr2選得比f(wàn)O的數(shù)值高15%，如圖5所示。濾波器2和3按下述方法選擇一個(gè)，于是就可以使離散限制在fO±20%之內(nèi)。
這種方法就是當(dāng)陷波頻率ftrap大于濾波器2的中心值(陷波頻率)fr1時(shí)，或ftrap≥fr1時(shí)，就選擇濾波器2。而當(dāng)陷波頻率ftrap低于濾波器3的中心值(陷波頻率)fr2時(shí)，或ftrap≤fr2時(shí)，就選擇濾波器3。作為一個(gè)例子，從濾波器2和3中選一個(gè)的方法如圖12所示。在圖12中，那就是一個(gè)振蕩器100連接到輸入信號(hào)引腳6上，一電壓電平變換開(kāi)關(guān)103連接到控制引腳8上。一鑒頻器101連接在輸出信號(hào)引腳7和開(kāi)關(guān)103之間。開(kāi)關(guān)103響應(yīng)來(lái)自鑒頻器101的輸出g，改變?yōu)樗牡碗娖街付ǖ牡碗娖絺?cè)的位置;或者改變?yōu)樗母唠娖街付ǖ母唠娖絺?cè)的位置。在開(kāi)始設(shè)置時(shí)，當(dāng)輸出g是低電平時(shí)，或者控制信號(hào)VS是低電平時(shí)，選擇濾波器2。
作為一個(gè)例子，開(kāi)關(guān)103可以如圖13所示構(gòu)成。另外它可能如圖14a和圖14b所示。當(dāng)控制信號(hào)g是低電平時(shí)，控制信號(hào)VS低，如圖14a所示，而當(dāng)控制信號(hào)g是高電平時(shí)，如圖14b中的X處由一激光(未表示出來(lái))切斷，使得控制信號(hào)VS處于高電平。那里Vcc代表一個(gè)電源。
按圖12的安排，當(dāng)振蕩器100的頻率改變時(shí)，就會(huì)在輸出引腳7端得到一條其陷波頻率在fr1±35%范圍內(nèi)的這樣的濾波器特性。這個(gè)陷波頻率ftrap在鑒頻器101中與濾波器2和3的中心值fr1和fr2比較，然后鑒頻器101產(chǎn)生比較輸出，或者是ftrap＞fr1時(shí)的低電平控制信號(hào)g，或者是ftrap≤fr1時(shí)的高電平。當(dāng)信號(hào)g是低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)103處在低電平側(cè)的位置，因此控制信號(hào)Vs是在初始設(shè)置中選擇濾波器2的低電平。
當(dāng)控制信號(hào)g是高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)103改變到高電平側(cè)的位置，以致控制信號(hào)VS是選擇濾波器3的高電平。作為一個(gè)例子，如圖5所示。當(dāng)ftrap＝f1時(shí)，選擇的是濾波器2，輸出Vo的陷波頻率是f1。而當(dāng)ftrap＝f2時(shí)，選擇的是濾波器3，且輸出VO的陷波頻率是f2′，因而頻率f1和f2′都處在目標(biāo)值f0±20%的范圍之內(nèi)。
為了提高精度，必須增加預(yù)備的并聯(lián)濾波器的數(shù)目。然而在這種情況下，在集成電路內(nèi)的元件數(shù)目要增加，導(dǎo)致價(jià)格的提高。
因此，如圖6所示，用變?nèi)荻O管D1至D6來(lái)構(gòu)成電容器C1至C6，是非常有效的。因?yàn)槊恳粚?duì)元件在IC中可以高精度制成，加到用于多個(gè)濾波器中的變?nèi)荻O管D1至D6上的電壓，可以由一個(gè)控制電壓Vc來(lái)加以改變。圖中示出的10是一個(gè)加電壓Vc的IC引腳。在圖6的例子中，變?nèi)荻O管D1至D6的陽(yáng)極側(cè)的電位，都是設(shè)置為與晶體管Q5或Q6的發(fā)射極電壓相等，而陰極側(cè)的電位Vc因之都是可變的，以改變變?nèi)荻O管上的電壓，因而也就改變了電容器C1至C6的數(shù)值。變?nèi)荻O管的基極-發(fā)射極電容可以表示為Cj=Cj( o )( 1 +V jφ)2]]>＝ 1/((φ+Vj)2) ·Cj(o)φ2logCj＝K-αlog(φ+Vj)此處Cj基極-發(fā)射極結(jié)電容;
Cj(o)在0偏置時(shí)的基極-發(fā)射極結(jié)電容;
Vj發(fā)射極-基極電壓(二極管反偏置電壓);
φ內(nèi)裝電壓;
α依賴于電壓的系數(shù);
Klog〔Cj(o)φα〕圖7表示特性的一個(gè)實(shí)例，當(dāng)電源電壓選為5伏時(shí)，Vj可以取0到3伏范圍內(nèi)的數(shù)值，Cj可以在典型值±20%的范圍內(nèi)變化。因此，所有電容C和電阻R的離散，可以采用變?nèi)荻O管來(lái)克服。
圖8是一利用基極一發(fā)射極結(jié)電容作為變?nèi)荻O管的IC的剖面圖。在圖8中，n表示n型(硅)半導(dǎo)體，而P表示P型(硅)半導(dǎo)體。數(shù)字11表示一個(gè)發(fā)射極。12表示一個(gè)基極，13表示一集電極，14表示一基底。因?yàn)榧姌O13連到電源，除電容Cj以外，還會(huì)在基極12和電源之間出現(xiàn)一個(gè)電容CS，如圖9所示。只有電容Cj可用來(lái)作為變?nèi)荻O管，且電容CS必需盡可能地比電容Cj小。
圖10和11表示本發(fā)明的另外兩個(gè)具體實(shí)施方案。這些方案與圖3的方案不同之處在于在圖10中僅采用轉(zhuǎn)換線路4，而在圖11中僅采用轉(zhuǎn)換線路5。同樣在這些情況下，一個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器2或?yàn)V波器3可產(chǎn)生輸出Vo。
圖15和16表示本發(fā)明的另兩個(gè)具體實(shí)施方案。其中濾波器特性，都是用轉(zhuǎn)換線路4切換電阻或電容來(lái)改變的。而且電阻和電容的切換，可以共同用來(lái)改變?yōu)V波器的特性。變?nèi)菰捎脕?lái)作為電容器。
在上述各具體實(shí)施方案中，當(dāng)基極一發(fā)射極結(jié)電容用來(lái)作為變?nèi)荻O管時(shí)，基極一集電極結(jié)電容，基極一基底結(jié)電容等，都可用來(lái)作為變?nèi)荻O管。
如上所述，由于IC元件的離散，引起濾波器特性的離散，可以采用電阻和電容組成的多個(gè)并聯(lián)濾波器線路來(lái)克服。在線路中至少各個(gè)電阻或各個(gè)電容的數(shù)值，都是不相同的，并采用切換的辦法來(lái)轉(zhuǎn)換這些并聯(lián)濾波器線路?；蛘卟捎靡粸V波線路和用一個(gè)開(kāi)關(guān)，來(lái)切換濾波器線路中的電阻或電容，并在IC中使用基極一發(fā)射極結(jié)電容，作為變?nèi)荻O管。本發(fā)明不僅適用于上述各實(shí)施方案中的陷波濾波器，而且也可用于由多個(gè)電阻和電容構(gòu)成的各種型式的濾波器。
按照本發(fā)明的具體實(shí)施方案，到目前為止一直使用分立元件的大尺寸的濾波器，可以用一IC來(lái)制造。因而導(dǎo)致線路成本低，尺寸小和使用的元件數(shù)量少。
權(quán)利要求
1.一個(gè)集成濾波器線路，至少包含多個(gè)集成電阻器和多個(gè)集成電容器。其特征是第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路并聯(lián)，線路中至少是各電阻的阻值或各電容的容量，都是不相同的；并用轉(zhuǎn)換的方法來(lái)選擇上述第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路。
2.一個(gè)按照權(quán)利要求
1制造的集成濾波器線路，其特征是上述轉(zhuǎn)換方法由一個(gè)轉(zhuǎn)換線路組成，只要上述第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路，至少是從前面或后面并聯(lián)起來(lái)，以便轉(zhuǎn)換上述第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路。且一個(gè)控制線路和上述轉(zhuǎn)換線路相耦合，控制著該轉(zhuǎn)換線路，從上述第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路中選擇一個(gè)。
3.一個(gè)按照權(quán)利要求
1制造的集成濾波器線路，其特征是上述各集成電容器都是由變?nèi)荻O管構(gòu)成的。在各管上加的一個(gè)控制電壓，用來(lái)改變上述各電容器的容量。
4.一個(gè)按照權(quán)利要求
2制造的集成濾波器線路，其特征是上述各集成電容器都是由變?nèi)荻O管構(gòu)成的。在各管上加的一個(gè)控制電壓，用來(lái)改變上述各電容器的容量。
5.一個(gè)按照權(quán)利要求
2制造的集成濾波器線路，其特征是該控制線路是與上述第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路的輸出級(jí)相耦合，并且包括一個(gè)頻率鑒別器，用來(lái)將在上述第一個(gè)和第二個(gè)濾波器線路輸出級(jí)出現(xiàn)的一個(gè)信號(hào)的陷波頻率ftrap，與初始參考頻率(上述第一個(gè)濾波器的中心值)fr1比較。當(dāng)加到該頻率鑒別器上一個(gè)信號(hào)的陷波頻率滿足ftrap＞fr1的條件時(shí)，有一線路將第一個(gè)電平(低電平)加到上述轉(zhuǎn)換線路上。當(dāng)它滿足ftrap≤fr1的條件時(shí)，將有第二個(gè)電平(高電平)加到上述轉(zhuǎn)換線路上。
專(zhuān)利摘要
一個(gè)集成濾波器線路，至少包含多個(gè)集成電阻和多個(gè)集成電容，這種集成濾波器線路由許多并聯(lián)的濾波器線路所組成。線路中至少各電阻的阻值或各電容的容量都是不同的。一個(gè)開(kāi)關(guān)用來(lái)轉(zhuǎn)換該并聯(lián)濾波器線路，并用控制這個(gè)開(kāi)關(guān)的方法來(lái)選擇一條上述的并聯(lián)濾波器線路。
文檔編號(hào)H03J7/02GK85102345SQ85102345
公開(kāi)日1987年1月17日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者三浦邦昭, 福島勇夫, 岡田義憲, 工藤滿, 久保田畯 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan