專利名稱：有源可調(diào)濾波電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源可調(diào)濾波電路，它適用于多頻帶移動(dòng)無(wú)線電通信應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
隨著多頻帶無(wú)線電系統(tǒng)如GSM和DCS的采用，就需要手持小型裝置能在至少兩個(gè)不同的系統(tǒng)上運(yùn)行。為了改進(jìn)子系統(tǒng)性能，涉及用于手持小型裝置的電路的技術(shù)開(kāi)發(fā)已集中于阻抗匹配技術(shù)和有效的功率放大器設(shè)計(jì)上，該放大器已導(dǎo)致功率損耗的降低、射頻(RF)子系統(tǒng)效率的改善。阻抗匹配技術(shù)，對(duì)于在多頻帶通信系統(tǒng)里每個(gè)單獨(dú)的頻帶仍然需要多個(gè)復(fù)雜的射頻(RF)濾波器。已有兩個(gè)不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)元件用于濾波，也就是無(wú)源可調(diào)元件設(shè)計(jì)和有源電感和電容設(shè)計(jì)。無(wú)源可調(diào)元件設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是它仍然處于發(fā)展過(guò)程中，并且它目前不可能達(dá)到所需要的寬頻調(diào)諧范圍。雖然有源電感和電容設(shè)計(jì)技術(shù)得到發(fā)展，但該技術(shù)具有高寄生效應(yīng)的特點(diǎn)，這導(dǎo)致了低Q設(shè)計(jì)，從而造成了在許多元件設(shè)計(jì)中的基本性能的缺陷。因而，為了區(qū)分各個(gè)單獨(dú)的頻帶，已將單獨(dú)的濾波鏈用于多頻帶移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)中。在許多移動(dòng)手持的小型裝置中，使用SAW技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的RF濾波鏈。這樣的技術(shù)不僅昂貴，而且這樣的濾波組件需要特殊的集成技術(shù)，才能使SAW濾波器與RF子組件的其它部分(例如，功率放大器)集成在一起。由于功率損耗高、相對(duì)尺寸大，這種傳統(tǒng)的具有單獨(dú)RF濾波鏈的RF組件設(shè)計(jì)是一個(gè)成本比較高的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已知濾波器設(shè)計(jì)中的這些不足之處。
本發(fā)明提供了一種有源可調(diào)濾波電路，該電路包括一個(gè)放大組件和一個(gè)諧振電路，其中放大組件有一個(gè)電抗性反饋回路，它包括一個(gè)用于放大輸入信號(hào)的可調(diào)元件。而諧振電路包括一個(gè)電感性元件和一個(gè)無(wú)源半導(dǎo)體器件的極間電容，這個(gè)極間電容在操作中與電感性元件產(chǎn)生諧振，從而在輸入信號(hào)的諧波處進(jìn)行濾波。
本發(fā)明是基于實(shí)現(xiàn)能夠制造一種具有放大濾波作用的噪聲系數(shù)低的有源可調(diào)濾波電路，通過(guò)使用高Q值的電抗反饋，利用如晶體管這樣的半導(dǎo)體有源元件的寄生現(xiàn)象提供一個(gè)非常低值的電容，以提供一個(gè)能夠在如900MHz和更高頻率諧波處產(chǎn)生諧振的電路，晶體管例如為FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。


下面將結(jié)合附圖通過(guò)舉例的方式描述本發(fā)明，在其中圖1是用于多頻帶移動(dòng)無(wú)線電通信的一個(gè)有源可調(diào)濾波器的第一個(gè)圖2是一個(gè)曲線圖，它顯示了由有源可調(diào)濾波器的第一個(gè)實(shí)施例所獲得的帶通響應(yīng)特性曲線。
圖3是一個(gè)圖1所示在FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)情況下只有寄生效應(yīng)的反饋電路圖。
圖4展示了電抗反饋的模擬結(jié)果S12。
圖5展示了電抗反饋的模擬結(jié)果S21。
圖6是用于多頻帶移動(dòng)無(wú)線電通信中的一個(gè)有源可調(diào)濾波器的第二個(gè)實(shí)施例的電路示意圖。
圖7是有源濾波器的第二個(gè)實(shí)施例的頻率響應(yīng)特性的曲線圖。
在上述圖中，已經(jīng)使用相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示相應(yīng)的特征。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的有源可調(diào)濾波器包括有源放大和濾波部分A和提供諧振濾波的作用的無(wú)源諧振器部分P。
有源部分A包括一個(gè)有源半導(dǎo)體放大器件，例如，F(xiàn)ET1。輸入端10接收一個(gè)RF輸入信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)電容12加到FET1的柵極。FET1的源極連接到地，它的漏極通過(guò)電容14連接到一個(gè)RF輸出端16。漏偏壓(未表示)的源連接到端點(diǎn)18，而端點(diǎn)18是直接連接到FET1的漏極的。
電抗反饋電路RFC1是連接在FET1的漏極和柵極之間的。該電抗反饋電路RFC1包括串聯(lián)在FET1的漏極和柵極之間的隔直電容器C1、可變電感L1和電阻R1。電容C2與串聯(lián)鏈?zhǔn)遣⒙?lián)的。在端點(diǎn)20上的頻率控制電壓VFC(未表示)的源通過(guò)串聯(lián)電阻R2連接到可變電感L1的控制極上。設(shè)置可變電感L1，使其可通過(guò)用于傳遞所需要的RF信號(hào)，這個(gè)RF信號(hào)出現(xiàn)在輸入端10上。
無(wú)源諧振器部分P包括一個(gè)不導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件FET2，F(xiàn)ET2有一個(gè)電抗性反饋網(wǎng)絡(luò)RFC2，RFC2包括串聯(lián)在FET2的漏極和源極之間的隔直電容器CFB、可變電感LFB和電阻RRB。電容C3與串聯(lián)鏈?zhǔn)遣⒙?lián)的。FET2的柵極通過(guò)電容C4耦合到地，并且不由任何漏偏壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。因而FET2是處于一種無(wú)源模式?？勺冸姼蠰FB的控制電極通過(guò)電阻R2耦合到端點(diǎn)20上。
在運(yùn)行過(guò)程中，漏偏壓加到端點(diǎn)18上，頻率控制電壓VFC加在端點(diǎn)20上。端點(diǎn)10上的RF輸入信號(hào)通過(guò)帶通濾波，其結(jié)果出現(xiàn)在端點(diǎn)16上。
無(wú)源部分P的電抗反饋電路RFC2有效地對(duì)有源部分A的電抗反饋電路RFC1進(jìn)行分流，從而在所需的頻率上提供無(wú)限大的阻抗。這如圖2所示。濾波器的諧振頻率是通過(guò)反饋電感LFB與電容Cgd的諧振來(lái)確定的，其中Cgd是不導(dǎo)電的FET2中的柵漏極間的寄生電容。反饋電阻RFB的值小，用以提供穩(wěn)定性。為了能使由電感LFB和寄生電容Cgd組成的諧振電路在輸入端10上的出現(xiàn)信號(hào)的二次或更高次諧波處產(chǎn)生諧振，可變電感LFB的值與可變電感L1有很大的不同。
參照?qǐng)D3，我們將對(duì)諧振電路的操作進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)電阻RFB值小時(shí)，反饋?zhàn)杩雇耆煞答侂娍怪祦?lái)控制，所以電路就以電抗反饋模式工作。因此，在此情況下的FET2中，反饋電感LFB與晶體管(FET2)的寄生效應(yīng)相互作用。為了使這種電抗模式容易理解，下面的解析表達(dá)式只考慮了FET2的固有參數(shù)。這樣，就把反饋電路描繪成如圖3所示。
利用眾所周知的雙端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和最大穩(wěn)定性增益(MSG)表達(dá)式之間的轉(zhuǎn)換公式，MSG以下列公式來(lái)表示MSG=|gm-(1Zgd+1ZFB)||1Zgd+1ZFB|25]]>這里gm是圖3中FET2的等效電路的跨導(dǎo)，Zgd是FET2的柵漏極間阻抗，ZFB是電抗性反饋網(wǎng)絡(luò)RFC2的阻抗。
當(dāng)|1Zgd+1ZFB|=0]]>
MSG達(dá)到無(wú)限大。
1Zgd+1ZFB=jωCgd-ω2CgdCFB(RFB+jωLFB)+jωCFB1+jωCFB(RFB+jωLFB)]]>這里，已經(jīng)考慮了反饋回路所有可能的電抗分量，所以CFB、LFB和RFB分別是反饋電容、電感和電阻。在RFB＝0(電抗性反饋)或者RFB＜＜|ωLFB|時(shí)，1Zgd+1ZFB=jωCFB(1-ω2CgdCgdCFB)+jωCgd1-ω2CFBLFB]]>當(dāng)選擇低值RFB(在閾值RK之下)時(shí)，反饋電感LFB能夠和CFB在某個(gè)頻率上產(chǎn)生諧振，這里，ω2CFBLFB＝1，產(chǎn)生具有無(wú)條件的穩(wěn)定性的極高增益。當(dāng)在兩個(gè)不同的LFB值處掃描了十個(gè)不同的RFB值時(shí)，模擬過(guò)程進(jìn)一步證實(shí)了這個(gè)極高增益設(shè)計(jì)原理。
圖4和5展現(xiàn)了計(jì)算出的結(jié)果。圖4表示反向增益S12，就是說(shuō)，增益g(dB)與頻率f(Hz)以及與反饋電感LFB(亨利)的關(guān)系曲線。而在圖5中表示正向增益S21，就是說(shuō)，增益g(dB)與頻率f(Hz)以及與反饋電阻RFB(Ω)的關(guān)系曲線。圖4和圖5的分析表示，獲得具有穩(wěn)定性的極高增益是由于諧振(隨著S12變到零，S21增加)引起。計(jì)算結(jié)果清楚表明，電抗性反饋放大器可產(chǎn)生極高增益。
參見(jiàn)圖6，有源濾波器，起著諧波陷波濾波器的作用，這是因?yàn)镕ET3和FET4各自的結(jié)電容和各自的電感L3和L4產(chǎn)生諧振，L3和L4分別在它們各自FET的外部。
如圖所示電路的有源部分A類似于參照?qǐng)D1描述和表示的電路，為了簡(jiǎn)明扼要只描述其不同之處。通過(guò)將端點(diǎn)30上的調(diào)諧電壓Vf1經(jīng)過(guò)串聯(lián)電阻32加到電感L1的控制電極上，使有源部分調(diào)諧到所需要的RF輸入信號(hào)。
無(wú)源部分包括基于不導(dǎo)電的FET3和FET4的兩個(gè)電路26和28，它們的輸出端經(jīng)過(guò)串聯(lián)電容38耦合到FET1的漏極和電容14的結(jié)點(diǎn)。
因?yàn)殡娐?6和28具有相同的結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)明扼要，將詳細(xì)地描述電路26，而電路28中相應(yīng)的元件將在括號(hào)中列出。
調(diào)諧電壓Vf2(Vf3)的輸入端33(41)通過(guò)串聯(lián)電阻34(40)耦合到FET3(FET4)的柵電極。電感L3(L4)的一端連接到FET3(FET4)的漏電極，而L3(L4)的另一端連接到電容器38上。FET3(FET4)的源電極接到地。電容器C3(C4)旁路FET3(FET4)的柵-源極間電容。電容器36(42)耦合在電阻32(40)和地之間。
調(diào)諧電壓Vf2和Vf3是和基波頻率f1的二次諧波頻率f2和三次諧波頻率f3相對(duì)應(yīng)的。當(dāng)電壓Vf1、Vf2和Vf3加到它們各自的輸入端30、33、41時(shí)，有源可調(diào)濾波電路起著諧波陷波濾波器的作用，該濾波器具有所圖7所示的特性。
反饋放大器的噪聲參數(shù)是RnF=|y21y21-yFB|2(Rn+|yFBy21|2RFB)]]>GnF=Gn+|y11+y21-ycor|2|yFBy21|2RnRFBRn+|yFBy21|2RFB]]>ycorF=ycor+(y11+y21-ycor)yFBy21Rn+|yFBy21|2RFBRn+|yFBy21|2RFB]]>這里，Rn、Gn和Ycor分別是沒(méi)有反饋網(wǎng)絡(luò)RFC2時(shí)FET2的等效噪聲電阻、等效噪聲電導(dǎo)和相關(guān)導(dǎo)納。當(dāng)RFB≅|ωLFB|]]>時(shí)，上述等式是有效的。這意味著插入的反饋元件產(chǎn)生了額外的噪聲(噪聲源)，這導(dǎo)致對(duì)放大器噪聲的貢獻(xiàn)。在電抗模式(RFB＜＜|ωLFB|)，噪聲系數(shù)可簡(jiǎn)化成
RnF=|y21y21-yFB|2(Rn)]]>GnF=Gn]]>ycorF=ycor+(y11+y21-ycor)yFBy21]]>從而，放大器的噪聲降低了，但電抗分量仍然起著噪聲源的作用。
和本說(shuō)明書(shū)的背景技術(shù)中所述現(xiàn)有技術(shù)的濾波器相比較，按照本發(fā)明的有源可調(diào)濾波器電路具有單個(gè)電路的好處。這個(gè)電路提供了具在抑制寄生(spurious)衰減和濾除諧波(rejected harmonics)的諧振器型的放大作用，低噪聲系數(shù)，用于移動(dòng)應(yīng)用的可調(diào)頻率和增益，而且能夠利用標(biāo)準(zhǔn)鑄造(foundry)工藝制造成集成電路。
雖然已參照使用FET描述了本發(fā)明，但可以理解還可以使用其它有源半導(dǎo)體器件，如面結(jié)型晶體管。
上述有源可調(diào)濾波器電路的一個(gè)主要應(yīng)用是作為無(wú)線電接收器的RF級(jí)的一個(gè)前端。但是，如果能得到十分耐用的有源半導(dǎo)體器件，則依照本發(fā)明制造的可調(diào)有源濾波器電路可用于功率放大器電路中，從而提供具有濾波作用的放大器電路。
在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，一個(gè)元件前面的字“一”不排除多個(gè)這種元件的出現(xiàn)。進(jìn)一步，單詞“包括”并不排除除了已列出的那些元件或步驟外的其它元件或步驟的出現(xiàn)。
通過(guò)閱讀本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，對(duì)于本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)進(jìn)行其它改進(jìn)將是顯而易見(jiàn)的。這樣的改進(jìn)可能涉及在設(shè)計(jì)、制造和使用有源可調(diào)濾波器電路及其組成部分中已是公知的其它特征，因此可以使用這些其它特征替換或加到在這里所述的特征中去。
工業(yè)適用性多頻帶移動(dòng)無(wú)線電通信裝置。
權(quán)利要求
1.一種有源可調(diào)濾波器電路，包括一個(gè)放大組件，放大組件有一個(gè)電抗反饋網(wǎng)絡(luò)，電抗反饋網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)用于放大輸入信號(hào)的可調(diào)元件，諧振電路，包括一個(gè)電感性元件和一個(gè)無(wú)源半導(dǎo)體器件的極間電容，極間電容與電感性元件在操作中產(chǎn)生諧振，在輸入信號(hào)的諧波處進(jìn)行濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于諧振電路進(jìn)一步包括一個(gè)旁路極間電容的電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于諧振電路包括一個(gè)串聯(lián)到電感性元件上的電阻性元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電路，其特征在于可調(diào)元件和電感性元件具有各自的控制電極，控制電極耦合到輸入端，用于接收頻率控制電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的電路，其特征在于第一可調(diào)元件是一個(gè)可變電感。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于諧振電路包括一個(gè)與一個(gè)電容串聯(lián)耦合的電感。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于至少兩個(gè)諧振電路，每個(gè)諧振電路具有一個(gè)耦合到輸入終端的輸入端，用于連接到各自的頻率控制電壓，每個(gè)諧振電路還具有一個(gè)輸出端，輸出端連接到電抗性反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端上。
8.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1到7中任何一個(gè)所述有源可調(diào)濾波器電路的組件。
9.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1到7中任何一個(gè)所述的有源可調(diào)濾波器電路的無(wú)線電通信裝置。
全文摘要
一種有源可調(diào)濾波電路，它作為一種可集成有源濾波器用于移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備中，包括一個(gè)有源放大器電路(A)和一個(gè)耦合至有源放大器電路的無(wú)源諧振電路(P)。有源放大器(A)含一個(gè)電抗性反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋回路含有第一可調(diào)諧元件(L1)，對(duì)L1進(jìn)行設(shè)置以放大通過(guò)所需的輸入信號(hào)。而無(wú)源諧振電路(P)包括一個(gè)電感性元件(LFB，L3或L4)和一個(gè)無(wú)源半導(dǎo)體元件(FET2，F(xiàn)ET3或FET4)，無(wú)源半導(dǎo)體元件具有一個(gè)極間電容，極間電容在操作中與電感性元件在所要信號(hào)的諧波處產(chǎn)生諧振。在一種結(jié)構(gòu)(圖1)中，所述電路包括一個(gè)具有放大作用的帶通濾波器，而在另一種結(jié)構(gòu)(圖6，未表示)中，這個(gè)電路包括一個(gè)具有放大作用的諧波陷波濾波器。
文檔編號(hào)H03H11/04GK1554146SQ02817857
公開(kāi)日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者S·-I·納姆, S -I 納姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司