DE19740193C1 - Integriertes Tiefpaßfilter - Google Patents
Integriertes TiefpaßfilterInfo
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- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
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- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
- H03H11/1213—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using transistor amplifiers
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Description
Die Erfindung betrifft ein integriertes Tiefpaßfilter zur
Dämpfung von höherfrequenten Anteilen eines Signals (z. B.
Oberwellen).
In integrierten Bipolar-Hochfrequenz-Schaltungen ist die Rea
lisierung mehrpoliger, einstufiger Filter schwierig. Ein we
sentliches Ziel ist ein steiler Flankenabfall des Amplituden
gangs des Filters zu hohen Frequenzen hin, ohne aber auf
mehrstufige Filteranordnungen zurückgreifen zu müssen.
Bisher wurde auf eine explizite Filterwirkung ganz verzichtet
oder es wurden einpolige Filter in Form von RC-Schaltungen
realisiert.
Aus der EP 0 663 723 A1 ist ein integrierter Filter für HF-
Anwendungen bekannt geworden. Zur Einstellung der Filtereck
frequenz ist dabei ein einstellbarer Widerstand vorgesehen.
Widerstände leiden jedoch unter einem relativ großen Flächen
verbrauch bei der Integration der Schaltung auf einem Halb
leiterbauelement.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tiefpaßfilter anzuge
ben, das eine hohe Selektivität im Sperrbereich, eine opti
mierte Kennlinie mit minimalster Bedämpfung im Durchlaßbe
reich aufweist und in einen integrierten Schaltkreis inte
grierbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Tiefpaßfilter mit den Merk
malen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen da
von sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Steueranschluß des Transi
stors und einem ersten Bezugspotential eine Kapazität ge
schaltet. Ferner ist die Stromquelle einstellbar. Die Kapazi
tät dient der Dimerisionierung der Schaltung. Mit der ein
stellbaren Stromquelle kann der Arbeitspunkt des Filters ein
gestellt werden. Zusätzlich kann das Filter als Dual-Band-
Filter eingesetzt werden, d. h. es ist eine Umschaltung zwi
schen zwei verschiedenen Frequenzbändern mit entsprechend
verschiedener Filterung möglich. Durch die einstellbare
Stromquelle ist die Eckfrequenz des Tiefpaßfilters einstell
bar und damit die Verarbeitbarkeit mehrerer verschiedener
Grundwellenfrequenzen bei einer gewünschten konstanten Ober
wellendämpfung möglich.
Der Transistor kann als npn-, pnp- oder als Feldeffekttransi
stor ausgeführt sein.
Weiterhin besteht die Möglichkeit mehrere durch jeweils einen
Trennverstärker getrennte Tiefpaßfilter kaskadenartig zu ver
schalten.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine bessere Selektivität
als bei zwei oder mehreren kaskadierten RC-Gliedern erreicht
werden kann.
Zusätzlich wird das Nutzsignal anders als bei RC-Gliedern nur
minimal bedämpft.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß beson
ders bei Zwischenfrequenzen (100 bis 200 MHz) die Schaltung
gegenüber konventionellen Lösungen eine geringere Chipfläche
benötigt, weil bei der Verwendung von Induktivitäten diese
sehr groß dimensioniert sein müssen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren wei
ter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemä
ßen Tiefpaßfilters.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemä
ßen Tiefpaßfilters.
Das Tiefpaßfilter in Fig. 1 weist einen Transistor T1 auf,
dessen Kollektor mit einem Bezugspotential VCC, dessen Basis
mit dem einen Anschluß eines ersten Kondensators C1 und einem
ersten Widerstand R1 und dessen Emitter mit dem anderen An
schluß des ersten Kondensators C1, einer Ausgangsklemme Vout
und über eine erste Stromquelle IC und einen zweiten Konden
sator C2 mit einem Bezugspotential M verbunden ist. Die Ein
gangsklemme Vin ist mit dem zweiten Anschluß des Widerstands
R1 verbunden.
Mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist es möglich, ein
Tiefpaßfilter mit LC-Charakteristik zu realisieren. Das Tief
paßfilter gemäß der vorliegenden Schaltung hat einen steile
ren Flankenabfall des Amplitudengangs zu höheren Frequenzen
hin als ein herkömmliches RC-Tiefpaßfilter.
Die Quellimpedanz Ze, die der Emitter des Transistors T1 an
bietet, ist gegeben durch:
wobei β = differentielle Stromverstärkung
(dIC : dIB bei UCE = konstant)
β0 = Gleichstromverstärkung
gm = Gleichstrom-Admittanz des Transistors T1
VT = Temperaturspannung.
(dIC : dIB bei UCE = konstant)
β0 = Gleichstromverstärkung
gm = Gleichstrom-Admittanz des Transistors T1
VT = Temperaturspannung.
Die Impedanz Ze hat den Imaginärteil ωR1C1VT/IC.
Dies kann man sich durch eine Induktivität
erzeugt vorstellen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein steilerer Flanken
abfall des Amplitudengangs des einstufigen Filters zu höheren
Frequenzen hin erzeugt als dies mit einem herkömmlichen RC-
Tiefpaßfilter möglich wäre.
Vorteilhafterweise ist die Filterschaltung als stromgesteuer
tes Filter einsetzbar. Die Filtereckfrequenz kann durch ste
tige oder diskrete Variation des Bias-Stroms, der durch die
Stromquelle IC erzeugt wird, stetig oder diskret eingestellt
werden.
Die in Fig. 2 gezeigte Filterschaltung unterscheidet sich
von der in Fig. 1 gezeigten durch die Verwendung eines pnp-
Transistors, anstelle eines npn-Transistors, wie er in Fig. 1
gezeigt ist. Die Basis des Transistors T2 aus Fig. 2 ist
sowohl mit dem ersten Anschluß des Kondensators C1 als auch
dem ersten Anschluß des Widerstands R1 verbunden. Der zweite
Anschluß des Widerstands R1 ist mit der Eingangsklemme Vin
verbunden. Der Kollektor des Transistors T2 liegt auf dem Be
zugspotential M. Der Emitter des Transistors T2 ist mit dem
zweiten Anschluß des ersten Kondensators C1, der Ausgangs
klemme Vout und über die Stromquelle IC sowie den zweiten
Kondensator C2 mit dem Bezugspotential VCC verbunden.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung entspricht in ihrer Funktion
der in Fig. 1 gezeigten Schaltung.
Anstelle des npn-Transistors T1 bzw. des pnp-Transistors T2
können auch entsprechende Feldeffekttransistoren vorgesehen
sein.
Allgemein gilt, je größer der durch die Stromquelle IC er
zeugte Strom ist, desto höher wird die Filtereckfrequenz und
desto kleiner wird der imaginäre Anteil der Quellimpedanz Ze.
Der Widerstand R1, und die beiden Kapazitäten C1 und C2 die
nen zur Dimensionierung der Schaltung. Abhängig von der ge
wünschten Frequenzcharakteristik können der Widerstand R1 und
die beiden Kapazitäten C1 und C2 gegebenenfalls auch durch
die parasitären Effekte des Transistors realisiert sein.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele
sind auch kaskadierbar. Dazu ist zwischen die einzelnen Fil
terstufen jeweils ein Trennverstärker mit hoher Eingangsimpe
danz zu schalten, um zu vermeiden, daß die vorige Filterstufe
durch die nächste Filterstufe belastet wird.
Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Schaltungsan
ordnung bei Frequenzen zwischen 100 und 200 MHz anzuwenden,
weil im Vergleich hierzu die induktive Komponente bei einem
entsprechenden LC-Kreis sehr groß ausfallen würde. Durch die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist damit Fläche auf dem
integrierten Schaltkreis einsparbar.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist eine Be
dämpfung von 40 dB/Dekade erreichbar.
Claims (7)
1. Integriertes Tiefpaßfilter,
- - bei dem ein Widerstand (R1), ein Transistor (T1; T2), eine erste Kapazität (C2) und eine Stromquelle (IC) vorgesehen sind,
- - bei dem der Widerstand (R1) einerseits mit einer Eingangs klemme (Vin) und andererseits mit dem Steueranschluß des Transistors (T1; T2) verbunden ist,
- - bei dem der Ausgangskreis des Transistors (T1; T2) einer
seits mit einer Ausgangsklemme (Vout) und über die Stromquel
le (IC) und die erste Kapazität (C2) mit einem ersten Bezugs
potential (M; Vcc) und verbunden ist, und bei dem der Aus
gangskreis des Transistors (T1; T2) andererseits mit einem
zweiten Bezugspotential (Vcc; M) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite Kapazität (C1) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Steueranschluß des Transistors (T1; T2) und andererseits mit dem ersten Bezugspotential (M; Vcc) verbunden ist, und die Stromquelle (IC) einstellbar ist.
2. Tiefpaßfilter nach Anspruch 1,
bei dem der Widerstand (R1) eine parasitäre Komponente des
Transistors (T1, T2) ist.
3. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem die erste Kapazität (C2) eine parasitäre Komponente
des Transistors (T1; T2) ist.
4. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem der Transistor (T1; T2) ein npn-Transistor ist.
5. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der Transistor (T1; T2) ein pnp-Transistor ist.
6. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem der Transistor (T1; T2) ein Feldeffekttransistor ist.
7. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem mehrere durch jeweils einen Trennverstärker getrennte
Tiefpaßfilter kaskadenartig verschaltet sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19740193A DE19740193C1 (de) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Integriertes Tiefpaßfilter |
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US09/152,831 US6225859B1 (en) | 1997-09-12 | 1998-09-14 | Integrated low-pass filter |
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