KR100333340B1 - RF Active Filter using active inverters with feedback circuits - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 대역의 응용에 있어서 원하는 주파수 성분만을 선택적으로 통과하거나, 제거하고자 할 때 사용된다. 이미 이러한 용도의 회로는 기존에 발표된 것이 많다. 특히 고주파 대역의 여파기 설계의 근간은 S.B.Cohn이 발명한 임피던스 인버터를 이용한 여파기 회로이다.The present invention is used when selectively passing or removing only desired frequency components in a high frequency band application. Many circuits have already been published for this purpose. In particular, the basis of the high frequency filter design is the filter circuit using the impedance inverter invented by S.B.Cohn.

한편, 저주파 대역에서는 회로의 크기를 줄이기 위한 방편 등으로 능동소자, 특히 Op Amp를 사용한 능동여파기를 많이 사용한다. 반면, 고주파 대역으로 갈수록 Op Amp를 만들기 어렵기 때문에 능동여파기의 설계가 용이하지 못하다. 대개 Op Amp를 이용한 능동여파기는 수십 ㎒까지 사용되지만, 500㎒이상의 회로에서는 수동소자를 이용한 여파기의 설계가 지금까지의 주된 설계 방법이다. 하지만, 점차로 모든 회로를 소형화, 집적화하는 데에는 이러한 수동소자만을 이용한 여파기의 경우 한계를 가진다. 특히 집적화의 경우는 여파기의 손실이 너무 커지기 때문에 수동소자만을 이용한 여파기를 설계하기란 불가능하다고 할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제시된 방법이 능동여파기의 설계이다.Meanwhile, in the low frequency band, active devices, especially active filters using op amps, are frequently used as a means for reducing the size of a circuit. On the other hand, the design of the active filter is not easy because it is difficult to make the op amp toward the high frequency band. In general, an active filter using op amps is used up to several tens of MHz, but in the circuit of 500 MHz or more, the design of the filter using passive elements is the main design method until now. However, progressively miniaturizing and integrating all circuits has limitations in the case of the filter using only these passive elements. In particular, in the case of integration, it is impossible to design a filter using only passive elements because the loss of the filter is too large. The method proposed to solve this problem is the design of an active filter.

본 발명은 이러한 필요로 발명된 능동여파기 설계방법의 하나이다. 그 중에서도 각 공진기 사이 또는 입·출력단과 공진기 사이의 임피던스값을 원하는 수준으로 바꾸는 역할을 하는 회로인 임피던스 인버터를 수동소자가 아닌 능동소자를 이용하여 구성하였다. 이 능동 임피던스 인버터의 사용으로 수동 공진기에서 발생하는 삽입 손실을 보상하여, 전체적으로는 삽입이득을 얻을 수 있게 된다. 본 발명에 있어서 주된 관심은 대개의 능동소자가 입·출력 임피던스가 많이 다르므로, 이 값을 같게 만들 필요성이 있고, 임피던스 인버터를 통과하기 전 후의 임피던스 값을 원하는 임피던스를 갖도록 하기 위한 방법에 있다. 그 방법으로 본 발명에서는 피이드백 회로를 사용하였다. 특히 여러 가지 피이드백 회로에 의해 만든 능동 임피던스 인버터를 이용하게 되면 기존의 수동여파기 설계방법을 그대로 사용할 수 있어 고주파 능동 여파기의 설계를 손쉽게 할 수 있다.The present invention is one of the active filter design methods invented as needed. Among them, the impedance inverter, which is a circuit that changes the impedance value between each resonator or between the input and output terminals and the resonator to a desired level, is constructed by using an active element rather than a passive element. The use of this active impedance inverter compensates for the insertion loss occurring in the passive resonator, resulting in an insertion gain as a whole. The main concern in the present invention is that since most active elements have different input and output impedances, it is necessary to make these values the same, and a method for making the impedance values before and after passing through an impedance inverter have a desired impedance. As a method, the feedback circuit was used in the present invention. In particular, if the active impedance inverter made by various feedback circuits is used, the existing passive filter design method can be used as it is, so that the design of the high frequency active filter can be easily performed.

Description

피이드백 회로가 있는 능동 인버터를 이용한 고주파용 여파기 회로{RF Active Filter using active inverters with feedback circuits}High frequency filter circuit using active inverter with feedback circuit {RF Active Filter using active inverters with feedback circuits}

본 발명은 고주파 여파기 회로 설계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파 및 초고주파 회로의 각종 송수신시스템에서 필요치 않는 주파수 성분을 제거하고 원하는 주파수 성분만을 증폭시키는 고주파용 여파기 회로 중 피이드백 회로를 이용한 능동 인버터로 설계된 고주파용 능동 여파기 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a design of a high frequency filter circuit, and more particularly, to an active inverter using a feedback circuit of a high frequency filter circuit that removes unnecessary frequency components and amplifies only desired frequency components in various transmission / reception systems of a high frequency and an ultra high frequency circuit. A high frequency active filter circuit designed.

일반적으로, 고주파 여파기 설계에 관한 용도의 회로는 기존에 발표된 것이 많다. 특히 고주파 대역의 여파기 설계의 근간은 도 1 에서 보이는 바와 같이 S.B.Cohn이 발명한 임피던스 인버터를 이용한 여파기 회로이다. 공진기(102,104,105)의 임피던스를 인버터(101,103,106)를 이용해 원하는 임피던스 값으로 조절하여 여파기 특성을 갖는 회로를 설계할 수 있다.In general, many circuits for high frequency filter design have been published. In particular, the basis of the high frequency filter design is a filter circuit using an impedance inverter invented by S.B.Cohn, as shown in FIG. The impedance of the resonators 102, 104 and 105 may be adjusted to a desired impedance value using the inverters 101, 103 and 106 to design a circuit having filter characteristics.

한편 저주파 대역에서는 회로의 크기를 줄이기 위한 방편 등으로 능동소자, 특히 Op Amp를 사용한 능동여파기를 많이 사용한다. 반면, 고주파 대역으로 갈수록 Op Amp를 만들기 어렵기 때문에 능동여파기의 설계가 용이하지 못하다. 대개 Op Amp를 이용한 능동여파기는 수십 ㎒까지 사용되지만, 500㎒이상의 회로에서는 앞에서 언급된 도 1 에서의 수동소자를 이용한 것으로 사용하는 것이 지금까지의 설계 방법이다.On the other hand, in the low frequency band, active devices, especially active filters using op amps, are frequently used as a means to reduce the circuit size. On the other hand, the design of the active filter is not easy because it is difficult to make the op amp toward the high frequency band. In general, an active filter using Op Amp is used up to several tens of MHz. However, in a circuit of 500 MHz or more, it has been used as a design using the passive element of FIG. 1 mentioned above.

하지만, 점차로 모든 회로를 소형화, 집적화하는 데에는 이러한 수동소자만을 이용한 여파기의 경우 한계를 가진다. 특히 집적화의 경우는 여파기의 손실이 너무 커지기 때문에 수동소자만을 이용한 여파기의 설계는 불가능하다고 할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제시할 수 있는 방법이 능동여파기의 설계이다.However, progressively miniaturizing and integrating all circuits has limitations in the case of the filter using only these passive elements. In particular, in the case of integration, it is impossible to design the filter using only passive elements because the loss of the filter is too large. The solution to this problem is to design an active filter.

이러한 필요성에 의해 고주파 회로에서 적용이 가능한 능동여파기들이 있는데, 도 2에서 제시한 회로가 그 중에 한가지이다. 도 2 의 (a)는 공진기(202)와 공진기(204)를 능동소자(203)만으로 연결한 형태인데, 이 경우는 능동소자(203)가 도 1 의 인버터(103)와 같은 역할을 하게 된다. 하지만, 이때 일반적인 인버터는 공진기의 임피던스를 자유스럽게 바꿀 수 있지만, 도 2 의 능동소자(203)만을 이용한 인버터는 그렇지 못하다. 이 경우는 능동소자가 정해지면, 그 인버터 값도 일정하게 정해지게 된다.Due to this necessity, there are active filters that can be applied in a high frequency circuit. The circuit shown in FIG. 2 is one of them. 2 (a) is a form in which the resonator 202 and the resonator 204 are connected only by the active element 203, in which case the active element 203 plays the same role as the inverter 103 of FIG. . However, the general inverter can freely change the impedance of the resonator, but the inverter using only the active element 203 of FIG. 2 is not. In this case, when the active element is determined, the inverter value is also determined constantly.

또한, 이러한 단점을 보완하기 위해 설계된 회로가 도 2 의 (b)에 보이고 있다. 인버터(208,210)와 능동소자(209)를 하나의 인버터로 등가화할 수 있다. 이 회로에서는 능동소자(209)는 이득을 얻는 증폭기로 작동하며, 임피던스를 바꾸는 작동은 수동소자로 구성된 인버터(208,210)에서 이루어 진다.In addition, a circuit designed to compensate for this drawback is shown in FIG. The inverters 208 and 210 and the active element 209 may be equivalent to one inverter. In this circuit, the active element 209 acts as a gain amplifier, and the impedance changing operation is performed in inverters 208 and 210 consisting of passive elements.

위에서 언급한 바와 같이 기존의 능동 인버터를 설계하는 방법은 몇 가지 단점이 있는데, 가장 두드러진 문제점은 인버터 값을 바꾸는 데에 수동 인버터를 다시 사용한다는 점이다.As mentioned above, there are several disadvantages to designing an existing active inverter, the most prominent of which is the reuse of passive inverters to change the inverter values.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 고주파 및 초고주파 회로의 각종 송수신시스템에서 필요치 않는 주파수 성분을 제거하고 원하는 주파수 성분만을 증폭시킬 수 있는 고주파용 여파기를 설계함에 있어서, 피이드백 회로가 있는 능동 인버터를 이용한 고주파용 능동 여파기 회로를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to design a high frequency filter capable of amplifying only desired frequency components by removing unnecessary frequency components in various transmission / reception systems of high frequency and ultra high frequency circuits. The present invention provides an active filter circuit for high frequency using an active inverter having a back circuit.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 능동소자를 이용한 능동 인버터를 이용해 공진기와 공진기를 연결하고 이 연결이 입력단에서부터 인버터와 공진기까지의 어드미턴스 값(315)과 능동 인버터를 지난 후의 어드미턴스 값(316)을 원하는 관계를 갖도록 능동 임피던스 인버터를 설계하며, 이 인버터를 이용한 고주파용 능동 여파기 회로를 제공함에 의해 상기의 목적이 달성된다.In order to achieve the above object, the present invention connects a resonator to a resonator by using an active inverter using an active element, and the connection is an admittance value 315 from an input terminal to an inverter and a resonator, and an admittance value 316 after passing the active inverter. The above object is achieved by designing an active impedance inverter so as to have a desired relationship, and by providing an active filter circuit for high frequency using the inverter.

도 1 은 고주파용 수동 여파기 회로의 대표도1 is a representative view of a high frequency passive filter circuit

도 2 의 (a),(b)는 기존에 발명된 고주파용 능동 여파기 회로도의 예시도2 (a) and 2 (b) are exemplary diagrams of a conventional high frequency active filter circuit diagram.

도 3 의 (a),(b)는 본 발명의 각종 피이드백을 첨가한 능동 인버터를 이용한 능동 여파기 회로도3 (a) and 3 (b) show an active filter circuit using an active inverter to which various feedbacks of the present invention are added.

도 4 의 (a),(b)는 실제로 설계한 능동 인버터의 예시 회로도4A and 4B are exemplary circuit diagrams of an active inverter actually designed.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(301,305,306,314) : 인버터(301,305,306,314): Inverter

(302,304,307,313) : 공진기(302,304,307,313): resonator

(303) : 능동 인버터303: active inverter

(315,316) : 어드미턴스(315,316): Admittance

(308,401,405) : 병렬 피이드백 회로(308,401,405): parallel feedback circuit

(309,402,406) : 능동소자(309,402,406): active element

(310,311,312,403,404,407) : 직렬 피이드백 회로(310,311,312,403,404,407): series feedback circuit

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 3 의 (a),(b)는 본 발명의 각종 피이드백을 첨가한 능동 인버터를 이용한 능동 여파기 회로도를 도시한 것이고,3 (a) and 3 (b) show an active filter circuit diagram using an active inverter to which various feedbacks of the present invention are added.

도 4 의 (a),(b)는 실제로 설계한 능동 인버터의 예시 회로도를 도시한 것이다.4 (a) and 4 (b) show exemplary circuit diagrams of an active inverter actually designed.

도 3 의 (a)는 능동 인버터를 블록도로 처리해 보인 것이고, 도 3 의 (b)는능동 인버터 블록을 좀 더 자세히 나타낸 것으로서, 도 3 의 (a)에서 보는 바와 같이 능동 소자를 이용한 능동 인버터(303)를 이용해 공진기(302)와 공진기(304)를 연결한다. 이렇게 연결한 것은 입력단에서부터 인버터(301)와 공진기(302)까지의 어드미턴스 Yin(315)와 능동 인버터(303)를 지난 후의 어드미턴스 Yin'(316)값을 원하는 관계를 갖도록 설계하는데 있다.FIG. 3 (a) shows a block diagram of an active inverter, and FIG. 3 (b) shows an active inverter block in more detail. As shown in FIG. 3 (a), an active inverter using an active device ( The resonator 302 and the resonator 304 are connected using the 303. This connection is designed so that the admittance Y in 315 from the input terminal to the inverter 301 and the resonator 302 and the admittance Y in '316 after the active inverter 303 have a desired relationship.

즉 다음의 식,That is,

을 만족하는 능동 인버터(303)를 설계한다. 기존의 설계방식은 상기에서 설명한 것과 같이 수동 인터버를 달아야만 위의 관계를 만족시킬 수 있다.Design an active inverter (303) that satisfies. Existing design method can satisfy the above relationship only with a manual interlock as described above.

그러나, 본 발명에서는 이러한 관계식을 만족시키는 방법을 도 3 의 (b)의 피이드백(308,310,311,312)을 추가함으로써 구할 수 있다. 피이드백 회로가 첨가되면, 피이드백의 효과에 의해 능동소자(309)가 가진 원래의 임피던스의 변화량과는 다르게 작용한다. 이런 작용에 의해 공진기(307,313)의 임피던스를 원하는 임피던스 값으로 변화시킬 수 있는 것이다.However, in the present invention, a method of satisfying such a relation can be obtained by adding the feedbacks 308, 310, 311 and 312 of FIG. When the feedback circuit is added, the feedback function acts differently from the change in the original impedance of the active element 309. By this action, the impedance of the resonators 307 and 313 can be changed to a desired impedance value.

또한, 이러한 피이드백 회로의 첨가로 능동소자의 사용으로 인한 발진의 가능성을 줄일 수 있다. 도 4 의 (a)의 예시된 회로에서 보면, 병렬 피이드백 회로(410)의 저항(R)과 제 1 직렬 피이드백 회로(403)의 저항(G), 제 2 직렬 피이드백 회로(404)의 저항은 인버터 값의 변화뿐 만 아니라, 능동소자를 안정화시키는용도로 사용된다. 도 4 의 (b)에서 병렬 피이드백 회로(405)와 직렬 피이드백 회로(407)의 저항(R,G)도 같은 역할을 가진다.In addition, the addition of such a feedback circuit can reduce the possibility of oscillation due to the use of an active element. In the illustrated circuit of FIG. 4A, the resistance R of the parallel feedback circuit 410, the resistance G of the first series feedback circuit 403, and the second series feedback circuit 404 are shown. The resistance of is used not only to change the inverter value but also to stabilize the active device. In FIG. 4B, the resistances R and G of the parallel feedback circuit 405 and the series feedback circuit 407 also play the same role.

이러한 능동 인버터(303)는 공진기(302)와 공진기(304) 사이의 인버터로서 뿐만 아니라, 입·출력단과 공진기 사이의 인버터인 인버터(301,305)도 같은 방법으로 대체할 수 있다.The active inverter 303 may be replaced not only as an inverter between the resonator 302 and the resonator 304 but also inverters 301 and 305 which are inverters between the input and output terminals and the resonator in the same manner.

본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 능동소자를 사용하여 인버터를 구성하였기 때문에 능동소자의 고유 특성인 이득을 갖는 고주파 여파기를 설계할 수 있게 된다. 또한, 이득을 갖게 되므로 수동소자의 손실을 어느 정도 보상하여 고주파 회로의 소형화 및 집적화를 가능하게 한다.According to the present invention, since the inverter is configured using the active element as described above, it is possible to design a high frequency filter having a gain inherent in the active element. In addition, the gain can be compensated for the loss of the passive element to some extent to enable the miniaturization and integration of the high frequency circuit.

그리고, 피이드백 회로를 사용하여 임피던스 인버터의 인버터 값을 쉽게 바꿀 수 있으며, 그로 인해 기존의 고주파 여파기 회로 설계 기법을 그대로 사용할 수 있게 한다. 한편, 능동소자의 불안정성도 이 피이드백 회로를 이용하면 적절히 줄일 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.In addition, the feedback circuit can be used to easily change the inverter value of the impedance inverter, thereby making it possible to use existing high frequency filter circuit design techniques. On the other hand, the instability of the active element is also a very useful invention that can be appropriately reduced by using this feedback circuit.

Claims (1)

고주파 여파기에 있어서,In the high frequency filter, 공진기(307)의 출력단과 능동소자(309) 입력단 사이에 제2직렬피이드백회로(311)가 직렬 연결되고, 상기 능동소자(309) 출력단과 공진기(313)의 입력단 사이에 제3직렬피이드백회로(312)가 직렬 연결되며, 상기 능동소자(309)와 제1직렬피이드백회로(310)가 직렬 연결되어 접지되고, 상기 능동소자(309)와 병렬 연결된 병렬피이드백회로(308)는 제3직렬피이드백회로(312)의 출력단과 제2직렬피이드백회로(311)의 입력단에 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 피이드백 회로가 있는 능동인버터를 이용한 구주파용 여파기 회로A second series feedback circuit 311 is connected in series between an output terminal of the resonator 307 and an input terminal of the active element 309, and a third series feedback circuit between the output terminal of the active element 309 and the input terminal of the resonator 313. The furnace 312 is connected in series, and the active element 309 and the first series feedback circuit 310 are connected in series and grounded, and the parallel feedback circuit 308 connected in parallel with the active element 309 is formed. Spherical filter using active inverter with feedback circuit, characterized in that connected to the output terminal of the three series feedback circuit 312 and the input terminal of the second series feedback circuit 311
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