專利名稱：消除直流分量的方法和利用該方法獲得的濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種試圖限制電子信號中DC分量的濾波裝置。
這種濾波裝置當(dāng)前被用于電視機(jī)或無線電話之類接收無線電信號的裝置中。這種裝置通常包括一個在天線端設(shè)置的接收電路和試圖保證無線電信號的接收以及輸出表示信號的電子信號的傳送的濾波器系統(tǒng)，接收電路包括·一個連接到天線和濾波器系統(tǒng)的輸出端并試圖傳送經(jīng)過放大的電子信號的放大器，·一個具有連接到放大器的輸出端的第一輸入端、試圖接收來自本機(jī)震蕩器的一個信號的第二輸入端和一個輸出端的混頻器，和·具有連接到混頻器的輸出端的一個輸入端和試圖傳送頻率解調(diào)的音頻信號的輸出端的解調(diào)器。
混頻器的輸出和解調(diào)器的輸出經(jīng)常是成雙成對的，以便分別傳送和接收轉(zhuǎn)像差具有相同形狀的信號對。由于無線電信號的初始幅值很低，所以，包括在上述接收電路中的元件通常被用于相當(dāng)大地放大它們所處理的信號。如果被上述元件之一處理的信號是一個DC分量，這個分量也將被放大，由此引起包含被信號傳輸?shù)挠杏眯畔⒌谋惶幚硇盘朅C信號的相當(dāng)大的位移。這種移位可能引起用于放大被處理信號的輸出級的飽和或用于接收被放大信號的元件的輸入級的飽和和由此引起信號的峰值限制，從而導(dǎo)致不可接受的它所表示的信息的變化。
因此，在上述用于接收無線電信號的裝置中，為了消除來自混頻器輸出信號的DC分量，經(jīng)常在混頻器和解調(diào)器之間插入一個濾波裝置。用于這個目的的濾波器經(jīng)常是由電阻器和電容器形成的高通濾波器，這些濾波器的閾值頻率低于它們通過信號的頻率，閾值頻率被選擇得低于具有固定值的混頻器輸出信號的AC分量的頻率并稱之為中間頻率。
這種高通濾波器的使用具有相當(dāng)大的缺點(diǎn)。中間頻率的值通常是10或100kHz的一個數(shù)量級，對于閾值頻率來講，通常選擇1kHz數(shù)量級的值用做截止頻率。當(dāng)這個值相對較低時，高通濾波器的實(shí)現(xiàn)就需要一個具有1毫微法數(shù)量級的相對高值的電容器。在當(dāng)前集成電路技術(shù)狀態(tài)下，這種電容器僅能以離散形式實(shí)現(xiàn)，這意味著上述高通濾波器的使用對實(shí)現(xiàn)該接收電路的集成是一個障礙，但是，從減少電路的笨重和成本的角度來看，這種高通濾波器又是希望的。此外，包括高值電容器的高通濾波器具有很長的時間常數(shù)并因此能夠?qū)⑾喈?dāng)大的依賴于時間的慣性引入到接收電路的內(nèi)部。在根據(jù)GSM或TDMA標(biāo)準(zhǔn)的無線電話中，接收電路僅在一個短暫的周期內(nèi)起作用，在這個短暫的周期內(nèi)，電路被用于保證一個數(shù)據(jù)包的接收，在此接收之后，它將被再次去激活。接收電路每次被激活之后將執(zhí)行相位的初始化，在此之后，接收才是可能的。由包括在高通濾波器中的高值電容器所引起的依賴于時間的慣性在相位初始化期間的增加是以分配給用于接收數(shù)據(jù)包的電路的時間間隔為代價的。而這對于接收電路的適當(dāng)操作是有害的。最后，考慮到中間頻率，通過使信號對稱，混頻器輸出信號的頻率解調(diào)不會受到干擾。因此，接收電路盡可能多地提供圍繞中間頻率的對稱傳輸特性。高通濾波器的傳輸特征對稱地圍繞零頻率，從而引起傳輸電路的傳輸特性相對于中間頻率具有相當(dāng)大的對稱性，這對于電路的適當(dāng)操作也是不希望的。
本發(fā)明的一個目的是通過建議一種其依賴時間的慣性比現(xiàn)有技術(shù)的濾波裝置小并能夠保持接收電路相對于中間頻率的傳輸特性的對稱性的可集成濾波裝置來克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置具有用于分別接收第一和第二輸入信號的第一和第二輸入端、第二輸入信號與第一輸入信號相同但與第一輸入信號相位相差90°，和具有用于分別傳送第一和第二輸出信號的第一和第二輸出端，第二輸出信號與第一輸出信號相同但與第一輸出信號相位相差90°，其特征是裝置包括·被安置在第一輸入端和第一輸出端之間、包括N個電容元件Ci(i＝1-N)的第一橢圓濾波器，濾波器的傳輸特性使得它能夠在被稱之為截止頻率的一個預(yù)定頻率處提供至少一個零，·被安置在第二輸入端和第二輸出端之間并與第一橢圓濾波器相同的第二橢圓濾波器，和·N個旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-N)，其中的每個旋轉(zhuǎn)器并聯(lián)連接在第一和第二橢圓濾波器的相應(yīng)電容元件Ci(i＝1-N)之間，設(shè)計旋轉(zhuǎn)器以使得當(dāng)它的移位F范圍等于截止頻率的絕對值時濾波裝置具有與第一和第二橢圓濾波器相同的傳輸特性。
在這種濾波裝置中，通過選擇相對高值的截止頻率，可以很容易地使用低通濾波器。這樣，旋轉(zhuǎn)器可以提供濾波裝置傳輸特性的移位。此外，如在下面可以看到的，這個傳輸特性恢復(fù)與由濾波器的零引起的干擾以外的帶通濾波器對應(yīng)的形狀。由此大大保存了根據(jù)本發(fā)明濾波裝置傳輸特性的對稱性。
在本發(fā)明的一個特定實(shí)施例中，上述濾波裝置的特征是當(dāng)每個旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-N)具有跨導(dǎo)gi和分別用于接收第一和第二電流Ili和I2i的第一和第二輸入端、用于分別傳送第一和第二電流I1i和I2i的第一和第二輸出端、和旋轉(zhuǎn)器試圖開發(fā)位于它的第一輸入端和輸出端之間的第一電壓V1i和位于它的第二輸入端和輸出端之間的第二電壓V2i時，每個旋轉(zhuǎn)器的性能由下述關(guān)系規(guī)定Ili＝gi.V2i和I2I＝-gi.V1i和gi＝2I1.Fc.Ci，其中，F(xiàn)c是截止頻率的絕對值。
旋轉(zhuǎn)器的這個結(jié)構(gòu)使得能夠很容易地獲得濾波裝置傳輸特性的零的位移，從而使得這個零對應(yīng)于零頻率。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，包括在第一和第二橢圓濾波器中的所有電容元件Ci(I＝1-N)具有相同的標(biāo)定值，和所有的旋轉(zhuǎn)器Gi(I＝1-N)彼此是相同的。
所有電容器標(biāo)定值相同的事實(shí)和旋轉(zhuǎn)器彼此相同的事實(shí)使得能夠減少由于濾波裝置制造處理缺陷的干擾，理論上，缺陷對于旋轉(zhuǎn)器和所有的電容器具有相同的影響。選擇相同標(biāo)定值的電容元件Ci使得能夠獲得流經(jīng)濾波裝置的信號的動態(tài)性能的一致性。最后，這種選擇使得可以簡化和最佳化設(shè)計和包括該濾波裝置的集成電路的平面布置，從而減少了尺寸和成本。
如在上面所解釋的，在一個無線電信號接收電路中使用根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置是特別有益的。因此，本發(fā)明也涉及了無線電話裝置，該裝置包括·用于保證無線電信號的接收和在一個輸出端上傳送表示信號的一個電子信號的天線和濾波器系統(tǒng)，·連接到天線和濾波器系統(tǒng)的輸出端上的一個放大器，用于在一個輸出端上傳送經(jīng)過放大的電子信號，·混頻器，具有連接到放大器的輸出端上的第一輸入端、用于接收來自一個本機(jī)震蕩器的信號的第二輸入端，和用于傳送具有被稱之為截止頻率的經(jīng)過混頻的頻率的信號的輸出端，和
·解調(diào)器，具有連接到混頻器的輸出端上的一個輸入端和用于傳送被解調(diào)音頻信號的輸出端，裝置的特征是它還包括上述濾波裝置，當(dāng)包括在濾波裝置中的橢圓濾波器具有與它們截止頻率相關(guān)的中間頻率時，上述濾波裝置被插入在混頻器和解調(diào)器之間。
最后，從最廣泛的方面來講，本發(fā)明涉及一種消除來自電子信號的DC分量的方法，方法包括·制造濾波器，使得它的傳輸特性能夠在被稱之為截止頻率的一個預(yù)定頻率處提供至少一個零，·提供傳輸特性的一個位移，該位移的長度等于截止頻率的絕對值，·使電子信號流經(jīng)如此獲得的濾波器。
通過借助非限制性的例子結(jié)合后述實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變的更加明顯。
在附圖中

圖1是部分的描述了包括根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置的無線電話裝置的功能性圖，圖2的電路圖描述了根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置，圖3的電路圖描述了根據(jù)本發(fā)明一個特定實(shí)施例的部分濾波裝置，圖4的曲線示出了包括在根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置中的一個橢圓濾波器的傳輸特性，和圖5的曲線示出了根據(jù)本發(fā)明的一個濾波裝置的傳輸特性。
圖1簡要地示出了一個無線電話，這個裝置包括安置在用于保證一個無線電信號的接收和在一個輸出端上傳送表示信號的電子信號的一個天線和濾波器系統(tǒng)AF的一端處的接收電路。接收電路包括·一個連接到天線和濾波器系統(tǒng)AF的輸出端并用于在一個輸出端上傳送經(jīng)過放大的電子信號Vfr的放大器LNA，·一個具有連接到放大器LNA的輸出端上的第一輸入端、用于接收來自本機(jī)震蕩器VCO的信號的第二輸入端和一個輸出端的混頻器MX，和·一個具有連接到混頻器MX的輸出端上的輸入端和一個用于傳送經(jīng)過解調(diào)的音頻信號Sout的輸出端的解調(diào)器DEM。
混頻器MX的輸出和解調(diào)器DEM的輸入是一對，分別用于傳送和接收具有相移90°但形狀相同的多對信號(VinI，VinQ)和(VoutI，VoutQ)以及被稱之為中間頻率的一個頻率FI。由于無線電信號低初始幅值，所以，包括在上述接收電路中的元件相當(dāng)大地放大它們所處理的信號。為了減小將改變由信號傳輸?shù)男畔⒉⒘鹘?jīng)接收電路的信號在間隔和峰值方面受到限制的風(fēng)險，濾波裝置被插入到混頻器MX和解調(diào)器DEM之間以消除來自混頻器MX的輸出信號(VinI，VinQ)的DC分量。
圖2的電路示出了一個易于積分的濾波裝置FD，它的依賴于時間的慣性小于已知濾波裝置的慣性，和對接收電路傳輸特性的對稱性的干擾被減小。這個濾波裝置FD具有用于分別接收第一和第二輸入信號VinI和VinQ的第一和第二輸入端，第二輸入信號VinQ與第一輸入信號VinI相同但相位與第一輸入信號相差90°，該濾波裝置FD還具有用于分別傳送第一和第二輸出信號VpuI和VoutQ的第一和第二輸出端，第二輸出信號VoutQ與第一輸出信號VoutI相同但相位相差90°。這個濾波裝置FD包括第一橢圓濾波器EF1，橢圓濾波器EF1包括安置在第一輸入端和第一輸出端之間的第三階無源濾波器。這個無源濾波器是由第一和第二電阻器R1和R2、第一和第二電容器C1和C2以及安置在第一和第二電容器C1和C2之間的一個電感器L形成的。在該實(shí)施例的這個例子中，濾波器EF1是通過并聯(lián)連接到電感L的第三電容器C3橢圓地提供的，從而建立一個串聯(lián)連接到流經(jīng)濾波器EF1的信號路徑的并聯(lián)L-C電路。在另外的一個實(shí)施例中，可以選擇將串聯(lián)L-C電路并聯(lián)連接到流經(jīng)濾波器EF1的信號的路徑上。這里的橢圓濾波器EF1具有能夠在被稱之為截止頻率的一個預(yù)定頻率處示出至少一個零的傳輸特性。濾波裝置FD包括安置在第二輸入端和第二輸出端之間并與第一橢圓濾波器EF1相同的第二橢圓濾波器EF2，以及其中的每一個都被并聯(lián)連接在第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2的兩個相應(yīng)電容元件C1和C2之間的兩個旋轉(zhuǎn)器G1和G2。當(dāng)其移位范圍等于截止頻率的絕對值Fc時，旋轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)可以使濾波裝置FD具有與第一和第二橢圓濾波器類似的傳輸特性。旋轉(zhuǎn)器對于本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來講是一種公知的元件和它們可能的實(shí)施例是多種多樣的。每個旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1或2)具有跨導(dǎo)gi并具有用于分別接收第一和第二電流I1i和I2i的第一和第二輸入端和用于分別傳送第一和第二電流I1i和I2i的第一和第二輸出端。當(dāng)利用Ili＝gi.V2i和I2i＝-gi.VIi的關(guān)系可以規(guī)定每個旋轉(zhuǎn)器的特性時，旋轉(zhuǎn)器Gi被用于開發(fā)位于它的第一輸入端和輸出端之間的第一電壓V1i和位于它的第二輸入端和輸出端之間的第二電壓V2i。這種旋轉(zhuǎn)器的這個實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠以有源元件組合的形式被集成，正如L’Ecol Polytechnique de Lausanne在“用于無線通信系統(tǒng)的RFIC設(shè)計”中所公開的。根據(jù)圖2，濾波裝置FD包括與第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2的第三電容器C3并聯(lián)的另一個旋轉(zhuǎn)器GL。這個旋轉(zhuǎn)器GL非常復(fù)雜并不同于第一和第二旋轉(zhuǎn)器G1和G2并形成了單獨(dú)描述的目標(biāo)。
圖3描述了電感器L和這個復(fù)雜旋轉(zhuǎn)器GL的實(shí)施例。這個單獨(dú)描述的目的在于減少附圖的密度，以便于理解形成濾波裝置FD的各個部分。為清楚起見，在附圖中沒有示出第一和第二電阻器R1和R2以及第一和第二旋轉(zhuǎn)器G1和G2。在這里描述的實(shí)施例中，每個電感器L是以并聯(lián)連接到第四電容器C4的兩個旋轉(zhuǎn)器GL1和GL2的形式實(shí)現(xiàn)的。這個實(shí)施例對于本專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來講是公知的并且它的目的是便于以第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2的電感L的集成形式加以實(shí)現(xiàn)。第三旋轉(zhuǎn)器G3被并聯(lián)連接在第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2的第三電容器C3之間，第四旋轉(zhuǎn)器G4被并聯(lián)連接在第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2的第四電容器C4之間。這樣，一個旋轉(zhuǎn)器就被并聯(lián)連接第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2的每對相應(yīng)的電容元件之間。
第一、第二、第三和第四旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-4)具有這樣一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得當(dāng)它們的移位范圍等于截止頻率的絕對值時，濾波裝置FD具有與第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2類似的傳輸特性。選擇gi＝2.I1.FcCi(i＝1-4)的本發(fā)明的一個特定實(shí)施例使得容易獲得這種移位。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，包括在第一和第二橢圓濾波器EF1和EF2中的所有電容元件Ci(i＝1-4)都具有相同的標(biāo)定值，實(shí)現(xiàn)頻移的所有旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-4)彼此相同。
借助于舉例，如果選擇截止頻率Fc的值等于100kHz數(shù)量級的中間頻率的值，那么在結(jié)合圖1和圖2描述的實(shí)施例中電容器Ci將具有1微微法數(shù)量級的標(biāo)定值，和跨導(dǎo)gi將是1微西門子的數(shù)量級。這種電容器可以被很容易集成并且對于濾波裝置不會引起大的依賴時間的慣性，如果濾波裝置包括的電阻器處于100干歐姆的數(shù)量級，那么，該濾波裝置的時間常數(shù)將處于1微秒的數(shù)量級。
圖4示出了一個傳輸特性t(EF)，它描述了作為上述任意橢圓濾波器的頻率函數(shù)的增益的變化。這個圖還以虛線描述了第三階濾波器將會具有的傳輸特性t(PF)的形狀。該圖還以點(diǎn)劃線描述了用于消除DC分量的高通濾波器將會具有的傳輸特性t(HPF)的形狀。在頻率Fc處，傳輸特性t(EF)示出了由于與流經(jīng)橢圓濾波器的信號路徑串聯(lián)的并聯(lián)L-C電路的存在而建立的一個零。這個零是通過在頻率-Fc處的負(fù)頻率域中的對稱而發(fā)現(xiàn)的。除了這個零之外，傳輸特性t(EF)與具有一個帶通濾波器的對稱形狀的傳輸特性t(PF)重新結(jié)合。
圖5示出了一種傳輸特性t(FD)，該傳輸特性描述了在根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置中作為頻率函數(shù)的增益的變化。這種特性t(FD)具有類似于先前橢圓濾波器傳輸特性的形狀，但是，由于旋轉(zhuǎn)器和因此而在零頻率處存在的一個零，上述特性具有變化的頻移+Fc。這保證了利用根據(jù)本發(fā)明的濾波裝置對來自經(jīng)過濾波裝置的信號的DC分量的消除。在這例子中，如果執(zhí)行一個選擇以使得在頻率增加的方向上產(chǎn)生一個位移，那么，也可以在相反的方向上很容易地實(shí)現(xiàn)一個位移和保證濾掉DC分量。傳輸特性t(FD)相對于將被在中間頻率優(yōu)先選擇的截止頻率的對稱然后將會在不是其傳輸特性t(PHF)圍繞零頻率對稱的高通濾波器的情況下被大大地保護(hù)起來。
權(quán)利要求
1.一種消除來自電子信號的DC分量的方法，包括；·構(gòu)成一個濾波器，使得它的傳輸特性能夠在被稱之為截止頻率的一個預(yù)定頻率處提供至少一個零；·提供所述傳輸特性的一個位移，其位移量等于所述截止頻率的絕對值；·使所述電子信號流經(jīng)如此獲得的濾波器。
2.一種具有用于分別接收第一和第二輸入信號的第一和第二輸入端的濾波裝置，所述第二信號與所述第一信號相同但是相位與所述第一信號相差90°、并具有用于分別傳送第一和第二輸出信號的第一和第二輸出端、所述第二輸出信號與所述第一輸出信號相同但是相位與所述第一輸出信號相差90°，其特征是所述裝置包括·第一橢圓濾波器，包括被安置在所述第一輸入端和第一輸出端之間的多個電容元件Ci(i＝1-N)，所述濾波器的傳輸特性使得它能夠在被稱之為截止頻率的一個預(yù)定頻率處提供至少一個零；·第二橢圓濾波器，該濾波器與所述第一橢圓濾波器相同并被安置在所述第二輸入端和所述第二輸出端之間；和·N個旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-N)，每個旋轉(zhuǎn)器被并行連接在所述第一和第二橢圓濾波器的兩個相應(yīng)電容元件之間，所述旋轉(zhuǎn)器的設(shè)計使得當(dāng)其移位范圍等于所述截止頻率的絕對值時所述濾波裝置具有與所述第一和第二橢圓濾波器類似的傳輸特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾波裝置，其特征是當(dāng)每個旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-N)具有跨導(dǎo)Gi和分別用于接收第一和第二電流Ili和I2i的第一和第二輸入端，以及分別用于傳送所述第一和第二電流Ili和I2i的第一和第二輸出端、和所述旋轉(zhuǎn)器試圖開發(fā)在它的第一輸入端和輸出端之間的第一電壓和在它的第二輸入端和輸出端之間的第二電壓時，每個旋轉(zhuǎn)器的特性由下述關(guān)系規(guī)定I1i＝gi.V2i和I2I＝-gi.V1i，和gi＝2.I1.Fc.Ci，其中，F(xiàn)c是所述截止頻率的絕對值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濾波裝置，其特征是當(dāng)包括在所述第一和第二橢圓濾波器中的所有電容元件Ci(i＝1-N)具有相同的標(biāo)定值時，所有的旋轉(zhuǎn)器Gi(i＝1-N)都是相同的。
5.一種無線電話裝置，包括·用于保證無線電信號的接收和在一個輸出端上傳送表示所述信號的電子信號的天線和濾波器系統(tǒng)；·用于在一個輸出端上傳送經(jīng)過放大的電子信號并連接到所述天線和濾波器系統(tǒng)的輸出端上的一個放大器；·具有連接到所述放大器的輸出端上的第一輸入端、用于接收來自一個本機(jī)震蕩器的信號的第二輸入端和用于傳送被稱之為中間頻率并具有固定頻率的一個信號的輸出端的混頻器；和·具有連接到所述混頻器的輸出端的一個輸入端、和用于傳送被解調(diào)的音頻信號的解調(diào)器，其中，所述裝置的特征在于，它還包括一個如上所述的濾波裝置，當(dāng)包括在所述濾波裝置中的所述橢圓濾波器具有與它們截止頻率相關(guān)的中間頻率時，該濾波裝置被插入到所述混頻器和所述解調(diào)器之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及消除來自一個電子信號的DC分量的方法,所述方法包括:構(gòu)成一個濾波器,使得該濾波器的傳輸特性能夠在被稱之為截止頻率的一個預(yù)定頻率處提供至少一個零;提供所述傳輸特性的一個位移,其位移量等于所述截止頻率的絕對值;使所述電子信號流經(jīng)如此獲得的濾波器。利用這種方法獲得的濾波裝置能夠被很容易地集成和提供很小的依賴于時間的慣性。本發(fā)明可用于無線電信號接收。
文檔編號H03H11/08GK1260635SQ99115990
公開日2000年7月19日 申請日期1999年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月8日
發(fā)明者N·格雷爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司