专利名称:集成滤波器线路的制作方法
这项发明是关于一集成滤波器线路，它适合于制造在一块硅片上的单片集成电路(单片IC)内或类似电路内。
由于集成电路(单片IC，或在下面简写为IC)集成度的提高，实现分立元件滤波器的集成化已变得很重要，它可用来生产小而价廉的线路，迄今为止所使用的大多数的滤波器，是由电感L、电容C以及电阻R所构成。因为电感L难于集成化，仅由电容C和电阻R构成的有源滤液器，是适宜于做成集成电路的。图1示出了一个众所周知的双T陷波电路。在该图中，如果电阻R1、R2、R3和电容C1、C2、C3选成具有如下的关系R1＝R2＝2R3＝RC1＝C2＝C3/2＝C，陷波频率fr可用下式表示fr＝ 1/(2πCR) (1)在图1中，Vi表示一个输入信号，而Vo是一个输出信号。
当我们将这种结构的滤波器制造成集成电路时，就会遇到一个离散的问题。这就是在集成电路中，由于半导体中含有参差不一的杂质浓度和掩模对得不齐，各个电容和电阻的数值都是离散的。举例来说，电容C的容量和电阻R的阻值分别具有±20%和±15%之大的变化。因此，图1的陷波滤器的陷波频率，在如图2所示的a(fr)到b(fr′)的范围内变化。在最坏的情况下，陷波频率fr偏离±35%。在这种情况下，滤波器的实际应用是极其困难的。为了克服这个困难，用激光修整，使得集成电路块上电阻的阻值得到调节，以致电阻的离散能够得到克服。但是，这种方法不能解决精密度、产量等等问题。
因此，这项发明的目标是要提供一种具有克服集成电容和电阻离散的能力，以及由于消除了上述缺点，能保证获得好特性的集成滤波器线路。
为了达到本发明的这个目标，这里提供了一种集成滤波器线路，它由许多并联的滤波器线路所组成，而每一滤波器线路又由多个电容和多个电阻构成。这些元件不论是电阻或电容，至少具有不同的数值。并采用选择一个并联滤波器的方法，就可以使集成电容和电阻的离散得到克服。另外，采用变容二极管作为集成电容，能够扩大克服离散的范围，并提高精密度。
现在的这项发明，可以从下面的详细描述及附图中显而易见。在附图中图1是一个双T型陷波滤波器的线路图;
图2是表示陷波频率离散的特性曲线图;
图3是这项发明的一个具体方块图;
图4是图3具体实例的一个线路图;
图5是用来解释克服陷波频率离散的图;
图6是这项发明的另一具体线路图;
图7是变容二极管一条特性的图形;
图8和图9是用来说明变容二极管结构的示图;
图10和11是这项发明的另外两个具体方块图;
图12是按照这项发明设计的滤波器线路的一个转换线路例子的方块图;
图13、14a、14b，15和16都是转换线路具体实例的线路图。
此项发明的一个具体化实例，将参照图3及后面的图予以描述。图3是这项发明的一个具体化的方块图。参阅图3，这里表示出两个相类似的滤波器2和3，每个滤波器不但至少要包括有多个电阻器R和多个电容器C，而且至少是各电阻器R或各电容器C的数值都是不相同的。图中表示的4和5，是分别为滤波器2和3的前后提供的转换线路。转换线路4和5从一控制引脚8获得一控制信号VS，致使滤波器2和3的一个被它们选通。作为一个例子，转换线路4和5每一个都是由一晶体管开关线路所构成。所有的滤波器线路2和3以及转换线路4和5，可以制造成为一个单一的集成电路(IC)1。图中的6和7分别表示IC1的信号输入引脚和输出引脚。一个加到输入引脚6的输入信号Vi，通过转换线路4，滤波器2和转换线路5;或者是通过转换线路4、滤波器3和转换线路5，到达输出引脚7。在这里出现一个输出信号Vo。
图4是如图3所示的IC1的一个具体实例的线路图。在图4中，滤波器2和3都是双T型滤波器。滤波器2由电阻器R1、R2和R3以及电容器C1、C2和C3所组成。它们的相对值选择为
fr1＝ 1/(2πCR) (3)滤波器3由电阻器R4、R5和R6以及电容器C4、C5和C6所组成。它们的相对值选择为
表达式(2)和(4)的条件在集成电路中能以±1%的精确度来实现。在图4中，图3中的转换线路4，相当于这里包括晶体管Q3和Q4以及反相器9的方块，而图3中的转换线路5，相当于这里包括晶体管Q7和Q8的方块。按图4的安排，当控制信号VS是高电平时，晶体管Q3导通，晶体管Q4截止，导致输入信号Vi通过晶体管Q2和Q6加到滤波器3。此时，由于晶体管Q7的基极电位低于晶体管Q8，所以晶体管Q7截止，而晶体管Q8导通，滤波器3的输出出现在引脚7为Vo。当控制信号VS是低电平时，滤波器2的输出出现在引脚7为Vo。
现在，假如滤波器2的陷波频率fr1选得比一希望的数值fO低15%;滤波器3的陷波频率fr2选得比fO的数值高15%，如图5所示。滤波器2和3按下述方法选择一个，于是就可以使离散限制在fO±20%之内。
这种方法就是当陷波频率ftrap大于滤波器2的中心值(陷波频率)fr1时，或ftrap≥fr1时，就选择滤波器2。而当陷波频率ftrap低于滤波器3的中心值(陷波频率)fr2时，或ftrap≤fr2时，就选择滤波器3。作为一个例子，从滤波器2和3中选一个的方法如图12所示。在图12中，那就是一个振荡器100连接到输入信号引脚6上，一电压电平变换开关103连接到控制引脚8上。一鉴频器101连接在输出信号引脚7和开关103之间。开关103响应来自鉴频器101的输出g，改变为它的低电平指定的低电平侧的位置;或者改变为它的高电平指定的高电平侧的位置。在开始设置时，当输出g是低电平时，或者控制信号VS是低电平时，选择滤波器2。
作为一个例子，开关103可以如图13所示构成。另外它可能如图14a和图14b所示。当控制信号g是低电平时，控制信号VS低，如图14a所示，而当控制信号g是高电平时，如图14b中的X处由一激光(未表示出来)切断，使得控制信号VS处于高电平。那里Vcc代表一个电源。
按图12的安排，当振荡器100的频率改变时，就会在输出引脚7端得到一条其陷波频率在fr1±35%范围内的这样的滤波器特性。这个陷波频率ftrap在鉴频器101中与滤波器2和3的中心值fr1和fr2比较，然后鉴频器101产生比较输出，或者是ftrap＞fr1时的低电平控制信号g，或者是ftrap≤fr1时的高电平。当信号g是低电平时，开关103处在低电平侧的位置，因此控制信号Vs是在初始设置中选择滤波器2的低电平。
当控制信号g是高电平时，开关103改变到高电平侧的位置，以致控制信号VS是选择滤波器3的高电平。作为一个例子，如图5所示。当ftrap＝f1时，选择的是滤波器2，输出Vo的陷波频率是f1。而当ftrap＝f2时，选择的是滤波器3，且输出VO的陷波频率是f2′，因而频率f1和f2′都处在目标值f0±20%的范围之内。
为了提高精度，必须增加预备的并联滤波器的数目。然而在这种情况下，在集成电路内的元件数目要增加，导致价格的提高。
因此，如图6所示，用变容二极管D1至D6来构成电容器C1至C6，是非常有效的。因为每一对元件在IC中可以高精度制成，加到用于多个滤波器中的变容二极管D1至D6上的电压，可以由一个控制电压Vc来加以改变。图中示出的10是一个加电压Vc的IC引脚。在图6的例子中，变容二极管D1至D6的阳极侧的电位，都是设置为与晶体管Q5或Q6的发射极电压相等，而阴极侧的电位Vc因之都是可变的，以改变变容二极管上的电压，因而也就改变了电容器C1至C6的数值。变容二极管的基极-发射极电容可以表示为Cj=Cj( o )( 1 +V jφ)2]]>＝ 1/((φ+Vj)2) ·Cj(o)φ2logCj＝K-αlog(φ+Vj)此处Cj基极-发射极结电容;
Cj(o)在0偏置时的基极-发射极结电容;
Vj发射极-基极电压(二极管反偏置电压);
φ内装电压;
α依赖于电压的系数;
Klog〔Cj(o)φα〕图7表示特性的一个实例，当电源电压选为5伏时，Vj可以取0到3伏范围内的数值，Cj可以在典型值±20%的范围内变化。因此，所有电容C和电阻R的离散，可以采用变容二极管来克服。
图8是一利用基极一发射极结电容作为变容二极管的IC的剖面图。在图8中，n表示n型(硅)半导体，而P表示P型(硅)半导体。数字11表示一个发射极。12表示一个基极，13表示一集电极，14表示一基底。因为集电极13连到电源，除电容Cj以外，还会在基极12和电源之间出现一个电容CS，如图9所示。只有电容Cj可用来作为变容二极管，且电容CS必需尽可能地比电容Cj小。
图10和11表示本发明的另外两个具体实施方案。这些方案与图3的方案不同之处在于在图10中仅采用转换线路4，而在图11中仅采用转换线路5。同样在这些情况下，一个信号经过滤波器2或滤波器3可产生输出Vo。
图15和16表示本发明的另两个具体实施方案。其中滤波器特性，都是用转换线路4切换电阻或电容来改变的。而且电阻和电容的切换，可以共同用来改变滤波器的特性。变容元件可用来作为电容器。
在上述各具体实施方案中，当基极一发射极结电容用来作为变容二极管时，基极一集电极结电容，基极一基底结电容等，都可用来作为变容二极管。
如上所述，由于IC元件的离散，引起滤波器特性的离散，可以采用电阻和电容组成的多个并联滤波器线路来克服。在线路中至少各个电阻或各个电容的数值，都是不相同的，并采用切换的办法来转换这些并联滤波器线路。或者采用一滤波线路和用一个开关，来切换滤波器线路中的电阻或电容，并在IC中使用基极一发射极结电容，作为变容二极管。本发明不仅适用于上述各实施方案中的陷波滤波器，而且也可用于由多个电阻和电容构成的各种型式的滤波器。
按照本发明的具体实施方案，到目前为止一直使用分立元件的大尺寸的滤波器，可以用一IC来制造。因而导致线路成本低，尺寸小和使用的元件数量少。
权利要求
1.一个集成滤波器线路，至少包含多个集成电阻器和多个集成电容器。其特征是第一个和第二个滤波器线路并联，线路中至少是各电阻的阻值或各电容的容量，都是不相同的；并用转换的方法来选择上述第一个和第二个滤波器线路。
2.一个按照权利要求
1制造的集成滤波器线路，其特征是上述转换方法由一个转换线路组成，只要上述第一个和第二个滤波器线路，至少是从前面或后面并联起来，以便转换上述第一个和第二个滤波器线路。且一个控制线路和上述转换线路相耦合，控制着该转换线路，从上述第一个和第二个滤波器线路中选择一个。
3.一个按照权利要求
1制造的集成滤波器线路，其特征是上述各集成电容器都是由变容二极管构成的。在各管上加的一个控制电压，用来改变上述各电容器的容量。
4.一个按照权利要求
2制造的集成滤波器线路，其特征是上述各集成电容器都是由变容二极管构成的。在各管上加的一个控制电压，用来改变上述各电容器的容量。
5.一个按照权利要求
2制造的集成滤波器线路，其特征是该控制线路是与上述第一个和第二个滤波器线路的输出级相耦合，并且包括一个频率鉴别器，用来将在上述第一个和第二个滤波器线路输出级出现的一个信号的陷波频率ftrap，与初始参考频率(上述第一个滤波器的中心值)fr1比较。当加到该频率鉴别器上一个信号的陷波频率满足ftrap＞fr1的条件时，有一线路将第一个电平(低电平)加到上述转换线路上。当它满足ftrap≤fr1的条件时，将有第二个电平(高电平)加到上述转换线路上。
专利摘要
一个集成滤波器线路，至少包含多个集成电阻和多个集成电容，这种集成滤波器线路由许多并联的滤波器线路所组成。线路中至少各电阻的阻值或各电容的容量都是不同的。一个开关用来转换该并联滤波器线路，并用控制这个开关的方法来选择一条上述的并联滤波器线路。
文档编号H03J7/02GK85102345SQ85102345
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者三浦邦昭, 福岛勇夫, 岡田义宪, 工藤满, 久保田畯 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan