專利名稱：一種實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，應用于低成本低功耗射頻接收發機芯片中，該電路可作為二階復數帶通濾波單元，與一階復數帶通單元可級聯成更高階數的復數濾波器。所提出的二階復數濾波器不適用于窄帶接收機。IQ每路只用一個運算放大器即可實現具有二階濾波特性的復數濾波器，可以進一步減小系統功耗和芯片面積。
技術背景 在當今的無線射頻系統中，接收機很多采用低中頻的結構，這種結構中射頻信號被正交下變頻到低中頻，有效的避免了直流失調，同時減小了 Ι/f噪聲。采用正交變頻，在理想情況下，可以有效的抑制鏡像信號的干擾，因而低中頻結構的接收發機成為當前的主流結構。在低中頻的接收發機中，接收前端需要對信號進行復數濾波以降低鏡像干擾。現有接收機中復數濾波器，主要存在下列問題(1)當前的復數濾波器主要通過級聯一階濾波器實現所要求階數的濾波器，因此級聯級數有限同時消耗功耗大；(2)采用級聯一階濾波結構的濾波器不產生共軛復數極點，不能實現巴特沃斯，切比雪夫型濾波特性。基于以上問題，本實用新型提出一種只用一對運算放大器就能實現二階復數帶通濾波的濾波器電路，并且可作為二階復數濾波單元，與一階復數濾波單元級聯成更高階數的復數濾波器。
發明內容技術問題本實用新型的目的在于提供一種實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，電路中只使用一對運算放大器即可實現要求的二階濾波特性。技術方案為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，第一射頻信號路的正極輸入接第一電阻一端，第一電阻的另一端分別與第二電阻的一端、第一電容正端和第八電阻一端相接，第八電阻的另一端分別與第二運放的輸出負端、第五電容正端和第二十電阻另一端相接；第二電阻的另一端分別與第一運放的輸入正端、第三電阻一端、第九電阻一端和第二電容正端相接；第二電容的負端分別與第一運放的輸出負端、第六電阻一端相接；第一運放的輸出負端為第一射頻信號路的輸出負極，第一運放的輸出正端為第一射頻信號的輸出正極；第一射頻信號的負極輸入接第四電阻一端，第四電阻的另一端分別與第五電阻一端、第一電容負端與第十電阻一端相接；第十電阻的另一端分別與第二運放的輸出正端、第六電容負端和第十五電阻的另一端相接；第二運放的輸出負端為第二射頻信號路的輸出負極，第二運放的輸出正端為第二射頻信號路的輸出正極；第五電阻的另一端分別與第一運放的輸入負端、第三電容正端和第六電阻一端相接；第三電容的負端分別與第一運放的輸出正端、第三電阻一端和第十四電阻的另一端詳相接；第二射頻信號路的正極輸入接第十六電阻一端，第十六電阻的另一端分別與第十七電阻、第四電容正端和第十四電阻一端相接；第十七電阻一端分別與第二運放的輸入正端、第五電容正端和第十五電阻一端相接；第五電容的負端與第二運放的輸出負端相接；第二射頻信號路的負極輸入接第十八電阻一端，第十八電阻的另一端分別與第十九電阻一端、第四電容負端和第十二電阻一端相接；第十九電阻的另一端分別與第二運放的輸入負端、第六電容的正端和第二十電阻一端相接；第六電容的負端與第二運放的輸出正端相接;第七電阻兩端跨接在第一運放的輸入負端與第二運放的輸出負端之間，第九電阻兩端跨接在第一運放的輸入正端與第二運放的輸出正端之間，第十一電阻兩端跨接在第二運放的輸入負端與第一運放的輸出正端之間，第十三電阻跨接在第二運放的輸入正端與第一運放的輸出負端之間。有益效果與現有技術相比，本實用新型具有以下優點本實用新型所提出的二 階復數帶通濾波電路，可以作為二階復數帶通濾波單元，與一階濾波電路可以構成更高階數的濾波器，實現系統要求的復數濾波功能；IQ兩路各自只用一個運算放大器即可實現具有二階濾波特性的復數濾波，可以減小系統功耗和芯片面積；電路可以實現一對共軛復數極點，從而可以實現巴特沃斯，切比雪夫型等濾波結構。
圖I為本實用新型的電路拓撲圖；圖2為采用本實用新型實現的五階復數帶通濾波的電路拓撲圖；圖3為采用本實用新型實現的五階復數帶通濾波器的濾波特性曲線。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。本實用新型所提出的可重構濾波器電路可以根據系統要求實時的重構電路以實現系統要求的復數濾波功能和低通濾波功能，改變了原來分別設計接收端的復數濾波器和發射端的低通濾波器設計架構，可以更好地滿足低功耗射頻系統的對功耗的要求同時有效的減小了芯片面積從而節約電路成本；IQ兩路各自只用一個運算放大器即可實現具有二階濾波特性的復數濾波和低通濾波可以進一步減小系統功耗和芯片面積；電路可以實現一對共軛復數極點，從而可以獲得巴特沃斯，切比雪夫型濾波特性；本實用新型可以作為一個二階濾波單元，與一階濾波單元可以構成更高階數的濾波器。所提出的復數帶通濾波器電路可以作為一個二階復數濾波單元，與一階復數濾波單元可以構成更高階數的濾波器。下面結合具體電路圖和仿真結果對其工作原理進行詳細說明。實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，只使用一對運算放大器即可實現二階復數帶通濾波特性，并可作為基本單元與一階復數帶通單元級聯為更高階數的復數濾波器，從而可以有效的降低功耗并且可以減小芯片面。[0020]實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，Q路信號通過頻移網絡反饋到I路，I路信號通過頻移網絡反饋到Q路，實現濾波函數在復數域的頻移從而可以達到抑制鏡像信號的作用。該復數濾波是通過一對運算放大器實現二階的復數濾波特性，在獲得高的濾波性能的同時極大地減小了芯片面積和電路功耗。所提出的濾波器電路可以作為二階濾波單元，再與一階濾波單元可以組合成更高階數的復數濾波器。運算放大器以運放加序號表不；電容以C加序號表不；電阻以R加序號表不；與射頻信號同相的鏈路以I表示，與射頻信號正交的鏈路以Q表示；與射頻信號同相的鏈路I的正極輸入以Iin+表不,正極輸出以Iout+表不,與射頻信號同相的鏈路I的負極輸入以I in-表示，負極輸出以Iout-表示；與射頻信號正交的鏈路Q的正極輸入以Qin+表示，正極輸出以Qout+表不,與射頻信號正交的鏈路Q的負極輸入以Qin-表不,負極輸出以Qout-表
/Jn ο參見圖I 一 3，本實用新型提供的實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，
·[0023]第一射頻信號I路的正極輸入Iin+接第一電阻Rl —端,第一電阻Rl的另一端分別與第二電阻R2的一端、第一電容Cl正端和第八電阻R8 —端相接,第八電阻R8的另一端分別與第二運放的輸出負端、第五電容C5正端和第二十電阻R20另一端相接；第二電阻R2的另一端分別與第一運放的輸入正端、第三電阻R3 —端、第九電阻R9 —端和第二電容C2正端相接；第二電容C2的負端分別與第一運放的輸出負端、第六電阻R6 —端相接；第一運放的輸出負端為第一射頻信號I路的輸出負極lout-，第一運放的輸出正端為第一射頻信號I路的輸出正極Iout+;第一射頻信號I路的負極輸入Iin-接第四電阻R4—端，第四電阻R4的另一端分別與第五電阻R5 —端、第一電容Cl輸出正端、第六電容C6負端和第十五電阻R15的另一端相接；第二運放的輸出負端為第二射頻信號Q路的輸出負極Qout-，第二運放的輸出正端為第二射頻信號Q路的輸出正極Qout+ ;第五電阻R5的另一端分別與第一運放的輸入負端、第三電容C3正端和第六電阻R6 —端相接；第三電容C3的負端分別與第一運放的輸出正端、第三電阻R3 —端和第十四電阻R14的另一端詳相接；第二射頻信號Q路的正極輸入Qin+接第十六電阻R16 —端，第十六電阻R16的另一端分別與第十七電阻R17、第四電容C4正端和第十四電阻R14 —端相接；第十七電阻R17一端分別與第二運放的輸入正端、第五電容C5正端和第十五電阻R15 —端相接；第五電容C5的負端與第二運放的輸出負端相接；第二射頻信號Q路的負極輸入Qin-接第十八電阻R18 —端,第十八電阻R18的另一端分別與第十九電阻R19 —端、第四電容C4負端和第十二電阻R12 —端相接；第十九電阻R19的另一端分別與第二運放的輸入負端、第六電容C6的正端和第二十電阻R20 —端相接；第六電容C6的負端與第二運放的輸出正端相接；第七電阻R7兩端跨接在第一運放的輸入負端與第二運放的輸出負端之間，第九電阻R9兩端跨接在第一運放的輸入正端與第二運放的輸出正端之間，第十一電阻Rll兩端跨接在第二運放的輸入負端與第一運放的輸出正端之間，第十三電阻R13跨接在第二運放的輸入正端與第一運放的輸出負端之間。本實用新型提供了一種實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，只采用第一射頻信號I路鏈路的第一運放OPAMPl和第二射頻信號Q路鏈路的第二運放0PAMP2和相應的電阻電容，即可實現二階的復數帶通濾波和低通濾波。本實用新型在獲得高的濾波性能的同時極大地減小了芯片面積和電路功耗，同時所提出的濾波器電路可以作為二階濾波單元，再與一階濾波單元可以組合成更高階數的復數濾波器。復數帶通濾波器是在實數低通濾波器基礎上加入頻移網絡，完成實數濾波的頻率搬移，實現對鏡像信號的抑制作用。如圖I所示，電路包括I、Q兩路，每路都用一個雙端輸入雙端輸出的差分運算放大器，中間虛線所框部分為頻移網絡。Qout-與R7相接同時接R8，R7與運放I的輸入負端相接同時接R5，R8與R2相接同時接Rl和Cl，Qout+與R9相接同時接R10，R9與運放I的輸入正端相接同時接R2，RlO與R5相接同時接R4和Cl，從而建立Q路到I路的反饋。Iout-與R12相接同時接R13，R13與運放2的輸入正端相接同時接R17，R12與R19相接同時接R18和C4，Qout+與Rll相接同時接R14，Rll與運放2的輸入負端相接同時接R19，R14與R17相接同時接R16和C4，從而建立I路到Q路的反饋。通過R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14組成的頻移網絡完成實數低通濾波到復數帶通濾 波的頻率平移從而得到復數濾波器。電路中I路和Q路各使用一個雙端輸入雙端輸出的運算放大器，可以產生一對共軛復數極點從而可以實現巴特沃斯，切比雪夫等濾波函數。圖2為采用本實用新型實現的五階復數帶通濾波器的電路拓撲圖，其中前兩級實現四階的濾波特性即級聯兩個本實用新型提出的二階復數濾波單元，最后一級為一個通用的一階濾波單元，從而實現五階復數濾波器。第一級電路中，RU R4、R16和R18取值相等，Cl和C4取值相等，R2、R5、R17和R19取值相等，C2、C3、C5和C6取值相等，R8、R10、R12和R14取值相等，尺7、1 9、1 11和1 13取值相等，1 3、1 6、1 15和1 20取值相等。第二級電路中R21、R24、R36和R38取值相等，C7和ClO取值相等，R22、R25、R37和R39取值相等，C8、C9、C11和C12取值相等，R28、R30、R32和R34取值相等，R27、R29、R31和R33取值相等，R23、R26、R35和R40取值相等。第三級電路中R51、R52、R60和R61取值相等，C13、C14、C15和C16取值相等，R53、R54、R59和R61取值相等，R55、R56、R57和R58取值相等。每級電路具體的電阻電容值由所要實現的濾波階數，濾波類型，帶寬，中心頻率和增益決定。在計算每級電路的電阻電容值時，首先通過查表得到相應階數的相應濾波函數對應的復數極點值并將中心頻率對帶寬歸一化，給每個二階復數濾波器單元分配一對復數極點和相應的增益，再推導出每級電路的傳輸函數，通過待定系數法可得一組有關電阻電容的方程，從而得到相應的電阻電容值，該電阻電容值是對帶寬歸一化后的值，再通過所要實現的帶寬值及合適的電阻量級得到具體的電阻電容值。運算放大器為雙端輸入雙端輸出，其帶寬和增益由濾波性能決定。圖3為所實現的五階巴特沃斯型復數帶通濾波器的頻率曲線，帶寬3MHz，中心頻率2MHz，增益為12dB，鏡像抑制為-30dB。通過仿真結果，可以說明，采用本實用新型所提出的二階復數濾波器電路所實現的五階復數帶通濾波器，可以很好的達到濾波要求。以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本實用新型所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
權利要求1.一種實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路，其特征在于 第一射頻信號(I)路的正極輸入(Iin+)接第一電阻(Rl) —端,第一電阻(Rl)的另一端分別與第二電阻(R2)的一端、第一電容(Cl)正端和第八電阻(R8) —端相接，第八電阻(R8)的另一端分別與第二運放的輸出負端、第五電容(C5)正端和第二十電阻(R20)另一端相接；第二電阻(R2)的另一端分別與第一運放的輸入正端、第三電阻(R3) —端、第九電阻(1 9)一端和第二電容(02)正端相接；第二電容(C2)的負端分別與第一運放的輸出負端、第六電阻(R6 ) —端相接；第一運放的輸出負端為第一射頻信號(I)路的輸出負極(I out-),第一運放的輸出正端為第一射頻信號(I)路的輸出正極(lout+)； 第一射頻信號(I)路的負極輸入(Iin-)接第四電阻(R4)—端，第四電阻(R4)的另一端分別與第五電阻(R5)—端、第一電容(Cl)負端與第十電阻(RlO)—端相接；第十電阻(RlO)的另一端分別與第二運放的輸出正端、第六電容(C6)負端和第十五電阻(R15)的另一端相接； 第二運放的輸出負端為第二射頻信號(Q)路的輸出負極(Qout-)，第二運放的輸出正端為第二射頻信號(Q)路的輸出正極(Qout+);第五電阻(R5)的另一端分別與第一運放的輸入負端、第三電容(C3)正端和第六電阻(R6) —端相接；第三電容(C3)的負端分別與第一運放的輸出正端、第三電阻(R3)—端和第十四電阻(R14)的另一端詳相接； 第二射頻信號(Q)路的正極輸入(Qin+)接第十六電阻(R16)—端，第十六電阻(R16)的另一端分別與第十七電阻(R17)、第四電容(C4)正端和第十四電阻(R14) —端相接；第十七電阻(R17) —端分別與第二運放的輸入正端、第五電容(C5)正端和第十五電阻(R15) —端相接；第五電容(C5)的負端與第二運放的輸出負端相接；第二射頻信號(Q)路的負極輸入(Qin-)接第十八電阻(R18) —端，第十八電阻(R18)的另一端分別與第十九電阻(R19) —端、第四電容(C4)負端和第十二電阻(R12)—端相接；第十九電阻(R19)的另一端分別與第二運放的輸入負端、第六電容(C6)的正端和第二十電阻(R20) —端相接；第六電容(C6)的負端與第二運放的輸出正端相接； 第七電阻(R7)兩端跨接在第一運放的輸入負端與第二運放的輸出負端之間，第九電阻(R9)兩端跨接在第一運放的輸入正端與第二運放的輸出正端之間，第十一電阻(Rll)兩端跨接在第二運放的輸入負端與第一運放的輸出正端之間，第十三電阻(R13)跨接在第二運放的輸入正端與第一運放的輸出負端之間。
專利摘要本實用新型提供了一種實現高階復數濾波器的二階復數帶通濾波電路,第一射頻信號(I)路的正極輸入(Iin+)接第一電阻(R1)一端，第一電阻(R1)的另一端分別與第二電阻(R2)的一端、第一電容(C1)正端和第八電阻(R8)一端相接，第八電阻(R8)的另一端分別與第二運放的輸出負端、第五電容(C5)正端和第二十電阻(R20)另一端相接；第二電阻(R2)的另一端分別與第一運放的輸入正端、第三電阻(R3)一端、第九電阻(R9)一端和第二電容(C2)正端相接。本實用新型在獲得高的濾波性能的同時減小了芯片面積和電路功耗，同時所提出的濾波器電路可以作為二階濾波單元，再與一階濾波單元可以組合成更高階數的復數濾波器。
文檔編號H03H7/12GK202634373SQ20122023352
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者吳建輝, 王旭東, 徐哲, 陳超, 李紅, 田茜, 張萌 申請人:東南大學