CN117579021A - 滤波电路和无线设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种滤波电路和无线设备，通过在滤波电路中设置电容模组和滤波器，电容模组具有与射频电路提供的射频信号的谐波频率匹配的自谐振频率，通过电容模组对射频信号进行谐波抑制得到待滤波信号，进而通过滤波器对待滤波信号进行滤波处理得到发射信号。由此，可以有效地对射频信号进行谐波抑制，能够提高发射信号质量，且滤波电路简单容易实现，具有较高的适用性。

Description

滤波电路和无线设备

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种滤波电路和无线设备。

背景技术

随着电子电力技术的不断发展以及集成电路水平的提升，电子设备(例如手机、平板)的功能越来越多，使得人们的日常生活更加方便。为了提升电子设备的用户体验，电子设备朝着多频段、多制式、高通信质量、大屏占比、高电池容量、多产品功能等方向不断演进，使得电子设备设计集成度越来越高，这导致电子设备的射频主板面积大幅减少，也就是说，电子设备中射频电路的布局空间越来越小。随着布局空间的减小，射频信号在处理的过程中经常产生较大的谐波项，从而产生辐射杂散(RadioSpectrum Emission，RSE)信号，这严重影响射频信号的通信质量。

在现有技术中，通常采用屏蔽罩进行谐波抑制。具体的，可以在射频电路中各组件(例如功率放大器、数字信号处理器等)设置金属屏蔽罩以进行谐波抑制。

一方面，现有技术中采用屏蔽罩进行谐波抑制的方式无法对谐波进行有效抑制；另一方面，现有技术中设置屏蔽罩增加了射频电路设计复杂度，导致局限性较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种滤波电路和无线设备，可以有效地对射频信号进行谐波抑制，能够提高发射信号质量，且滤波电路简单容易实现，具有较高的适用性。

第一方面，本发明实施例提供一种滤波电路，所述滤波电路包括：

电容模组，用于对射频电路提供的射频信号进行谐波抑制，以得到待滤波信号；

滤波器，耦接所述电容模组，用于对所述待滤波信号进行滤波处理，以得到发射信号；

其中，所述电容模组具有与所述射频信号的谐波频率匹配的自谐振频率。

在一些实施例中，所述射频信号具有不同的谐波频率，所述电容模组包括与所述谐波频率的数量相同的多个电容，各所述电容具有与各所述谐波频率匹配的自谐振频率。

在一些实施例中，所述滤波电路还包括：

阻抗匹配电路，与所述电容模组和所述滤波器耦接，用于基于所述电容模组生成的附加阻抗进行阻抗变换，以匹配所述射频电路的输出阻抗。

在一些实施例中，所述滤波器包括：

带通滤波器，用于对所述待滤波信号进行滤波处理，以得到预定频率范围内的所述发射信号。

在一些实施例中，所述阻抗匹配电路包括：

电感，耦接在所述带通滤波器的输入端和所述射频电路的输出端之间；

第一电容，耦接在所述带通滤波器的输入端和接地端之间；

第二电容，耦接在所述射频电路的输出端和接地端之间。

在一些实施例中，所述射频电路包括：

蓝牙芯片，耦接所述电感，所述蓝牙芯片用于提供所述射频信号。

在一些实施例中，所述电容模组包括：

第三电容，耦接在所述射频电路的输出端和接地端之间。

第二方面，本发明实施例提供一种无线设备，所述无线设备包括：

射频电路，用于提供射频信号；

如第一方面所述的滤波电路。

在一些实施例中，所述无线设备还包括：

信号发送电路，耦接所述滤波电路，用于将所述滤波电路提供的发射信号传输至接收设备。

在一些实施例中，所述信号发送电路包括：

射频接口，耦接在所述滤波电路和天线之间，用于将所述发射信号传输至所述天线；

天线，用于将所述发射信号传输至所述接收设备。

本发明实施例通过在滤波电路中设置电容模组和滤波器，电容模组具有与射频电路提供的射频信号的谐波频率匹配的自谐振频率，通过电容模组对射频信号进行谐波抑制得到待滤波信号，进而通过滤波器对待滤波信号进行滤波处理得到发射信号。由此，可以有效地对射频信号进行谐波抑制，能够提高发射信号质量，且滤波电路简单容易实现，具有较高的适用性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明实施例的滤波电路的电路图；

图2是本发明实施例的滤波电路的电路图；

图3是本发明实施例中电容的工作频率与容性阻抗的示意图；

图4是本发明实施例中电容的工作频率与感性阻抗的示意图；

图5是本发明实施例的滤波电路的等效电路图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在如下的描述中，以滤波电路应用于蓝牙耳机(也即无线设备)为例进行说明。应理解，本实施例中滤波电路可以还可以被设计为应用于各种需要进行谐波抑制的设备中。例如，滤波电路可以设置于智能家居设备(例如智能台灯等)、智能手环、蓝牙耳机、蓝牙遥控器等电子设备中。

图1是本发明实施例的滤波电路的电路图。如图1所示，滤波电路包括滤波器1和电容模组2。其中，滤波器1耦接电容模组2。

在本实施例中，电容模组2可以对射频电路提供的射频信号进行谐波抑制得到待滤波信号，并将待滤波信号传输至滤波器1。进而滤波器1可以对待滤波信号进行滤波处理得到发射信号。

在本实施例中，由于现有技术中采用屏蔽罩进行谐波抑制的方式无法对谐波进行有效抑制，且设置屏蔽罩增加了射频电路设计复杂度，导致局限性较高。针对这种情况，本实施例通过在滤波电路中设置电容模组2，电容模组2具有与射频信号的谐波频率匹配的自谐振频率(Self Resonant Frequency，SRF)。也就是说，根据射频信号的谐波频率来确定电容模组2对应的自谐振频率，使得电容模组2可以有效地对射频信号进行谐波抑制。

在本实施例中，可以预先通过检测设备来检测射频电路输出的射频信号所携带谐波信号的谐波频率。检测设备例如频谱分析仪(例如实时频谱分析仪(Real Time SpectrumAnalyzer，RTSA)、扫描调谐频谱分析仪(Sweep Tuned Spectrum Analyzer，STSA)等)、射频分析仪等。其中，频谱分析仪可以在频域分析射频信号的频谱特性，从而确定射频信号的谐波频率。射频分析仪属于一种基于频谱分析和相位测量的仪器，可以通过测量射频信号的频率、幅度、相位等参数，以确定射频信号的谐波频率。

可选的，滤波电路还包括控制器，控制器与射频电路连接，控制器可以实时检测射频电路提供的射频信号的谐波频率。其中，控制器可以为具有信号检测、信号处理、数据存储等功能的电子设备。控制器可以通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)、CPU(Central Process Unit、中央处理器)等实现。

在本实施例中，由于射频信号在经过射频电路中功率放大器(power amplifier，PA)、数字信号处理器(Digital Signal Processing,DSP)等组件进行处理时可能产生谐波信号，因此可以根据预先检测的射频电路输出射频信号的谐波频率来确定电容模组2匹配的自谐振频率，然后在电容模组2中设置具有该自谐振频率的电容，使得电容模组2可以有效地对射频信号进行谐波抑制。

可选的，控制器可以控制具有与实时检测的谐波频率相匹配的自谐振频率的电容对射频信号进行谐波抑制，其中，电容模组2包括该电容。也就是说，射频信号携带的谐波可能由射频电路中的组件产生，还可能由环境因素产生(例如无线设备附近存在其他的蓝牙设备、Wi-Fi设备等，蓝牙设备、Wi-Fi设备等与无线设备在频谱中的工作频率接近或部分工作频率重叠，可能产生谐波信号)，针对这种情况，本实施例可以预先确定环境因素导致的谐波信号的谐波频率(例如在无线设备附近放置蓝牙设备、Wi-Fi设备等，并通过检测设备来检测无线设备的射频电路输出的射频信号所携带谐波信号的谐波频率)，然后在电容模组2中设置具有与谐波频率匹配的自谐振频率的电容，使得控制器可以根据实时检测的谐波频率在电容模组2中确定对应的电容以进行谐波抑制。在如下的描述中，以射频电路中组件产生谐波信号为例进行说明。

本发明实施例通过在滤波电路中设置电容模组和滤波器，电容模组具有与射频电路提供的射频信号的谐波频率匹配的自谐振频率，通过电容模组对射频信号进行谐波抑制得到待滤波信号，进而通过滤波器对待滤波信号进行滤波处理得到发射信号。由此，可以有效地对射频信号进行谐波抑制，能够提高发射信号质量，且滤波电路简单容易实现，具有较高的适用性。

图2是本发明实施例的滤波电路的电路图。如图2所示，滤波电路100还包括阻抗匹配电路3。阻抗匹配电路3耦接在电容模组2和滤波器1之间。其中，滤波电路100可以设置于无线设备中。

在本实施例中，无线设备包括滤波电路100、信号发送电路200和射频电路300。其中，滤波电路100中电容模组2与射频电路300耦接。滤波电路100中滤波器1耦接在信号发送电路200和阻抗匹配电路3之间。

在本实施例中，射频电路300用于生成射频信号，以通过滤波电路100和信号发送电路200处理后发送至接收设备。接收设备可以为具有信息处理、信息传输、信息存储等功能的电子设备，例如手机、平板电脑、电视机等。

可选的，射频电路300包括蓝牙芯片(例如BT芯片(Bluetooth，BT)、BLE芯片(Bluetooth Low Energy，蓝牙低功耗)等)、信号处理电路(例如Flash电路等，Flash电路可以用于存储固件(也即Firmware)、配置信息(配置信息例如无线设备的唯一标识信息、无线设备与接收设备的配对(也即通信连接)参数)等)、蓝牙芯片I/O接口(也即IN/OUT接口)、功率放大器等。

可选的，射频电路300可以通过多种方式生成上述射频信号。例如，在语音通话的场景下，无线设备为蓝牙耳机，则蓝牙芯片可以通过模数转换器(Analog to DigitalConverter，ADC)将用户的音频信息转换为数字信号，进而通过数字信号处理器(DigitalSignal Processing,DSP)将对数字信号进行处理(例如数字信号处理器通过混频器将数字信号与射频振荡器提供的频率混合处理)得到射频信号，以通过滤波电路100、信号发送电路200处理后发送至手机。再例如，无线设备为蓝牙遥控器，无线设备包括按键，该按键用于触发控制信号，则用户触发该按键后，则蓝牙芯片可以将控制信号转换为射频信号，并通过功率放大器对射频信号进行放大，然后通过滤波电路100、信号发送电路200处理后发送至电视机。

需要说明的是，在射频电路300生成射频信号的过程中，由于射频电路300中功率放大器、Flash电路、蓝牙芯片的混频器等非线性器件的存在，使得信号在经过这些非线性器件时，可能会产生并向外辐射谐波信号，这些谐波信号可以称为RSE信号。RSE信号会对其他器件/电路产生电磁干扰，从而影响其他器件或电路的电学性能，因此射频电路300生成射频信号可能携带有谐波信号。其中，谐波信号例如二次谐波信号、三次谐波信号、五次谐波信号等。谐波信号的阶次表征谐波信号的谐波频率与基波频率的比值。

在本实施例中，考虑到射频电路300不同非线性器件产生谐波信号的谐波频率可能不同，针对这种情况，本实施例可以预先检测射频电路300输出射频信号的一个或多个谐波频率(多个谐波频率例如不同阶次的谐波信号的谐波频率)，然后在电容模组2中设置与谐波频率的数量相同的多个电容，各电容具有与对应谐波频率相匹配的自谐振频率。

举例来说，射频电路300输出射频信号的谐波频率分别为f_a、f_b和f_c，则可以在电容模组2中设置三个电容分别为a11、b11和c11。电容a11具有与谐波频率f_a相匹配的自谐振频率a12，电容b11具有与谐波频率f_b相匹配的自谐振频率b12，电容c11具有与谐波频率f_c相匹配的自谐振频率c12。

需要说明的是，电容具有与某一谐波频率匹配的自谐振频率指的可以是该电容的自谐振频率与某一谐波频率相同，也可以是该电容的自谐振频率接近某一谐波频率(也即该电容的自谐振频率位于某一谐波频率预定范围内，或者，该电容的自谐振频率与某一谐波频率的差值小于阈值)。也就是说，考虑到可能无法确定具有与谐波频率相同的自谐振频率的电容，针对这种情况，可以选择自谐振频率接近该谐波频率的电容。进一步地，电容的阻抗包括容性阻抗和感性阻抗。电容的工作频率与容性阻抗的示意图可以参考图3。电容的工作频率与感性阻抗的示意图可以参考图4。

图3和图4分别是本发明实施例中电容的工作频率与容性阻抗的示意图和电容的工作频率与感性阻抗的示意图。首先参考图3，随着电容的工作频率的不断增加，也即电容的工作频率在接近自谐振频率f_s的过程中，该电容的容性阻抗z₁不断减小。当电容的工作频率等于自谐振频率f_s时，该电容可以等效为电阻。进一步地，在图4中，在电容的工作频率超过自谐振频率f_s后，随着电容的工作频率的不断增加，该电容的感性阻抗不断增加，该电容可以等效为电感。因此，可以在电容模组2设置具有与谐波频率匹配的自谐振频率的电容，将电容接地，使得电容模组2可以滤除射频信号中不同谐波频率的谐波信号。由此，可以有效地对射频信号进行谐波抑制，能够提高发射信号质量，且滤波电路简单容易实现，具有较高的适用性。

在本实施例中，为了对射频信号进行有效地谐波抑制，本实施例通过具有与谐波频率匹配的自谐振频率的电容模组对射频信号进行谐波抑制，但是电容模组产生的附加阻抗使得改变了射频电路的输出阻抗。针对这种情况，本实施例通过阻抗匹配电路3基于电容模组2生成的附加阻抗进行阻抗变换，以匹配射频电路300的输出阻抗。

举例来说，可以先将射频电路300与滤波器1连接，以检测射频电路300的第一输出阻抗。然后将射频电路300通过电容模组2与滤波器1连接，以检测射频电路300的第二输出阻抗。则电容模组2产生的附加阻抗为第二输出阻抗与第一输出阻抗的差值。进而根据电容模组2产生的附加阻抗对应设置阻抗匹配电路3，使得阻抗匹配电路3基于电容模组2产生的附加阻抗进行阻抗变换，进而将射频电路300的输出阻抗变换为第一输出阻抗，以实现阻抗匹配。

可选的，阻抗匹配电路3可以通过电容、电感、电阻、可调电容、可调电感等电子元器件实现。

在本实施例中，电容模组2可以将谐波抑制后的待滤波信号通过阻抗匹配电路3传输至滤波器1，由滤波器1对待滤波信号进行滤波处理，以得到预定频率范围内的发射信号。

在本实施例中，滤波器1可以包括带通滤波器(Band Pass Filter,BPF)。带通滤波器属于一种允许特定频段的信号通过，同时滤除特定频段以外的其他频段信号的设备。例如，带通滤波器包括低通滤波器和高通滤波器，由于低通滤波器允许低于某个截止频率的信号通过，高通滤波器允许高于某个截止频率的信号通过，因此可以设置低通滤波器的截止频率为A，并设置高通滤波器的截止频率为B，且截止频率A大于截止频率B，则带通滤波器对待滤波信号进行滤波后可以得到B至A频率范围内的发射信号。

可选的，带通滤波器还用于对待滤波信号进行滤波处理和谐波抑制，以得到预定频率范围内的发射信号。也就是说，通过带通滤波器对待滤波信号再次进行谐波抑制，以提高谐波抑制的准确性。

在本实施例中，信号发送电路200包括射频接口和天线。射频接口耦接在天线和滤波电路100的滤波器1之间，滤波器1通过射频接口将发射信号传输至天线，使得天线以无线的方式将发射信号传输至接收设备。其中，射频接口例如天线接口(Antenna hardwareinterface，ANT)。

在如下的描述中，以信号发送电路200中射频接口即天线接口，射频电路300包括蓝牙芯片为例进行说明。具体的，本实施例的滤波电路的等效电路图可以参考图5。

图5是本发明实施例的滤波电路的等效电路图。如图5所示，信号发送电路200包括天线接口ANT。滤波器1包括带通滤波器11，带通滤波器11包括第一接地端口GND1、第二接地端口GND2、输入端IN和输出端OUT。阻抗匹配电路3包括电感L、第一电容C₁和第二电容C₂。电容模组2包括第三电容C₃。射频电路300包括蓝牙芯片310。蓝牙芯片310包括输出端TRX(Transmit Receive X,发射接收通道)和第三接地端口GND3。

在本实施例中，带通滤波器11的第一接地端口GND1和第二接地端口GND2共地连接，也即连接到相同的接地端，这可以提高电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)，并可以提高带通滤波器11的性能。

在本实施例中，电感L耦接在带通滤波器11的输入端IN和射频电路300中蓝牙芯片310的输出端TRX之间。

第一电容C₁耦接在带通滤波器11的输入端IN和接地端之间。

第二电容C₂耦接在射频电路300中蓝牙芯片310的输出端TRX和接地端之间，其中，第一电容C₁耦接的接地端与第二电容C₂耦接的接地端不同。

第三电容C₃耦接在射频电路300中蓝牙芯片310的输出端TRX和接地端之间，其中，第三电容C₃耦接的接地端与第二电容C₂耦接的接地端相同。

蓝牙芯片310的输出端TRX与电感L耦接，第三接地端口GND3接地。

在本实施例中，可以预先检测蓝牙芯片310输出射频信号的谐振频率，然后确定具有与谐振频率匹配自谐振频率的第三电容C₃。容易理解，如果蓝牙芯片310输出射频信号具有不同的谐波频率，则可以在电容模组2设置于谐波频率的数量相同的多个电容，各电容具有与各谐波频率匹配的自谐振频率。也就是说，在靠近辐射源(辐射源也即产生谐波信号的元件，例如蓝牙芯片310)附近增加与辐射源产生谐波信号的谐波频率匹配的电容接地，利用该电容的自谐振频率特性，当射频信号携带的谐波信号经过该链路时，该电容等效为电阻，从而将谐波信号导通至接地端，以实现有效地谐波抑制。

在本实施例中，第三电容C₃对蓝牙芯片310输出射频信号进行谐波抑制后得到待滤波信号，第三电容C₃通过阻抗匹配电路3将待滤波信号发送至带通滤波器11的输入端IN。带通滤波器11对待滤波信号进行滤波处理得到定频率范围内的发射信号，以通过输出端OUT将发射信号经过天线接口ANT传输至天线，进而天线将发射信号传输至接收设备。其中，阻抗匹配电路3用于对第三电容C₃生成的附加阻抗进行阻抗变换，以匹配蓝牙芯片310的输出阻抗。

举例来说，蓝牙芯片310为BT芯片，第三电容C₃的自谐振频率SRF为12134.75MHz(也即兆赫兹)，第三电容C₃的型号GJM0225C1C1R0WB01，第三电容C₃的电容值为1pF(也即皮法)。电感L的电感值例如3nH(也即纳亨)，第一电容C₁的电容值为3pF，第二电容C₂的电容值为3pF。

可选的，本实施例以阻抗匹配电路3包括电感L、第一电容C₁和第二电容C₂为例进行说明。应理解，阻抗匹配电路3还可以通过可调电容和可调电感等实现。具体的，可以预先确定不同谐波信号对应的不同谐波频率，在电容模组2设置多个与谐波频率的数量相同的电容，各电容具有与对应的谐波频率匹配的自谐振频率。各电容一端连接到射频电路300对应的辐射源(例如蓝牙芯片310输出端TRX等)，各电容另一端通过对应的受控开关(受控开关例如射频开关等)连接到接地端(该接地端与第二电容C₂的接地端相同)。则控制器可以实时检测射频电路300提供射频信号的谐波频率，根据实时检测的谐波频率确定匹配的自谐振频率，进而根据该自谐振频率从电容模组2中多个电容中确定对应的目标电容，容易理解，目标电容的自谐振频率与谐波频率匹配。然后控制器控制目标电容对应的受控开关导通，使得目标电容通过对应的受控开关导通接地，以通过目标电容对射频信号进行准确地谐波抑制。控制器还可以检测射频电路300的输出阻抗，并根据预先确定的目标电容的生成的附加阻抗来调节可调电容的电容值，和/或，可调电感的电感值以进行阻抗变换，以匹配射频电路300的输出阻抗。由此，本实施例的滤波电路可以对环境因素导致的谐波信号进行有效地谐波抑制，具有较高的普适性。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滤波电路，其特征在于，所述滤波电路包括：

电容模组，用于对射频电路提供的射频信号进行谐波抑制，以得到待滤波信号；

滤波器，耦接所述电容模组，用于对所述待滤波信号进行滤波处理，以得到发射信号；

其中，所述电容模组具有与所述射频信号的谐波频率匹配的自谐振频率。

2.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述射频信号具有不同的谐波频率，所述电容模组包括与所述谐波频率的数量相同的多个电容，各所述电容具有与各所述谐波频率匹配的自谐振频率。

3.根据权利要求1所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波电路还包括：

阻抗匹配电路，与所述电容模组和所述滤波器耦接，用于基于所述电容模组生成的附加阻抗进行阻抗变换，以匹配所述射频电路的输出阻抗。

4.根据权利要求3所述的滤波电路，其特征在于，所述滤波器包括：

带通滤波器，用于对所述待滤波信号进行滤波处理，以得到预定频率范围内的所述发射信号。

5.根据权利要求4所述的滤波电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括：

电感，耦接在所述带通滤波器的输入端和所述射频电路的输出端之间；

第一电容，耦接在所述带通滤波器的输入端和接地端之间；

第二电容，耦接在所述射频电路的输出端和接地端之间。

6.根据权利要求5所述的滤波电路，其特征在于，所述射频电路包括：

蓝牙芯片，耦接所述电感，所述蓝牙芯片用于提供所述射频信号。

7.根据权利要求5或6所述的滤波电路，其特征在于，所述电容模组包括：

第三电容，耦接在所述射频电路的输出端和接地端之间。

8.一种无线设备，其特征在于，所述无线设备包括：

射频电路，用于提供射频信号；

如权利要求1-7中任一项所述的滤波电路。

9.根据权利要求8所述的无线设备，其特征在于，所述无线设备还包括：

信号发送电路，耦接所述滤波电路，用于将所述滤波电路提供的发射信号传输至接收设备。

10.根据权利要求9所述的无线设备，其特征在于，所述信号发送电路包括：

射频接口，耦接在所述滤波电路和天线之间，用于将所述发射信号传输至所述天线；

天线，用于将所述发射信号传输至所述接收设备。