(57)【要約】  複合フィルタ(200)が、その複合フィルタ(200)における通過域リップルを最小化するようデザインされる少なくとも２つのカスケーディングフィルタ(202、204)を含む。その少なくとも２つのカスケーディングフィルタ(202、204)は、その複合フィルタ(200)における阻止域除去を最大化するようデザインされることもできる。例えば、次数、帯域幅、阻止域減衰量及びリップル振幅といったカスケーディングフィルタ(202、204)に対するフィルタ特性は、その複合フィルタ(200)における最小の通過域リップル及び最大の阻止域除去を達成するよう選択される。複合フィルタ(200)における通過域リップルは、カスケーディングフィルタ(202、204)における通過域リップルを、振幅に関して等しいか又はほぼ等しい状態、しかしお互いに同相ではない状態にすることにより最小化又は打ち消される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合フィルタであって、通過域リップルの振幅がほぼ等しく、かつお互いに関して同相でないカスケーディングフィルタを、該複合フィルタの通過域リップルを最小にするよう、少なくとも２つ有する複合フィルタ。
【請求項２】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタにおける前記通過域リップルの前記振幅が等しいことを特徴とする請求項１に記載の複合フィルタ。
【請求項３】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つが、デジタルフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の複合フィルタ。
【請求項４】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つが、アナログフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の複合フィルタ。
【請求項５】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つの特性が、前記複合フィルタにおける前記通過域リップルを最小化するよう選択されることを特徴とする請求項１に記載の複合フィルタ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの特性が、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの次数を有することを特徴とする請求項５に記載の複合フィルタ。
【請求項７】
少なくとも１つのフィルタは偶数次フィルタであり、少なくとも１つのフィルタが奇数次フィルタであることを特徴とする請求項６に記載の複合フィルタ。
【請求項８】
前記偶数次と前記奇数次とが数字で１だけ違うことを特徴とする請求項７に記載の複合フィルタ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの特性が、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの帯域幅を有することを特徴とする請求項５に記載の複合フィルタ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの特性が、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの阻止域減衰量を有することを特徴とする請求項５に記載の複合フィルタ。
【請求項１１】
複合フィルタにおける通過域リップルを最小にするよう、カスケーディングフィルタにおける通過域リップルを打ち消す方法において、通過域リップルの振幅がほぼ等しく、かつお互いに関して同相でないカスケーディングフィルタを、該複合フィルタにおける前記通過域リップルを最小にするよう、少なくとも２つ与えるステップを有する方法。
【請求項１２】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタにおける前記通過域リップルの前記振幅が等しいことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つが、デジタルフィルタを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つが、アナログフィルタを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つのフィルタ特性が、前記複合フィルタにおける前記通過域リップルを最小化するよう選択されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのフィルタ特性が、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの帯域幅を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのフィルタ特性が、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの阻止域減衰量を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのフィルタ特性が、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの次数を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つは偶数次であり、前記少なくとも２つのカスケーディングフィルタの少なくとも１つは奇数次であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記偶数次と前記奇数次とが値で１だけ違うことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタに関し、特に、カスケーディングフィルタ(cascading filter:段接続フィルタ)に関する。より詳細には、本発明は、カスケーディングフィルタにおける通過域リップルを打ち消す(passband ripple cancelation)ための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタは、携帯電話や無線LAN等の通信ネットワークを含む広範な様々な用途において使用される。フィルタは、興味のある周波数を持つ信号を通過させる一方で、所望しない周波数を除去するか又は減衰させる回路である。フィルタを通過する周波数の範囲は、通過域(passband)として知られている。除去された周波数の範囲は、阻止域(stopband)として知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
理想的なフィルタでは、通過域の振幅特性が平坦であり、通過域と阻止域との間の遷移域が、通過域に対して垂直な線になる。しかしながら、実際は、通過域の平坦さと遷移域の傾きとの間にはトレードオフがあるのが普通である。例えば、通過域の振幅特性が平坦に近いとき、遷移域は通常緩やか(gradual)になる。しかし、通過域の振幅特性がリップル(ripple:さざ波をうつ)状態である(つまり平坦ではない)ときは、遷移域は急な変化を見せる(abrupt)か又は鋭くなるのが普通である。通過域リップル(ripple)は、フィルタでは望ましくない。なぜなら、一定の周波数範囲における信号エネルギーを増加させ、通過域内の他の周波数範囲におけるエネルギーを減少させることにより、リップルは信号品質を低下させるからである。
【０００４】
図１は、従来技術におけるフィルタに対する通過域波形を図面で表すものである。波形１０２における通過域リップルは、およそ１デシベルの振幅を持つ。このリップルは、あるフィルタ用途に対してはあまりにも大きい可能性がある。そして、２つ又はそれ以上のフィルタが、複合フィルタ(composite filter)を作るべく、互いに多段デザインで接続されるとき、各フィルタに対する通過域リップルは重なることができ、それにより、複合フィルタに対する通過域リップルの振幅特性が増加されることをもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、カスケーディングフィルタでの通過域リップルを打ち消すための方法及びシステムが提供される。複合フィルタのデザインは、複合フィルタにおける通過域リップルを最小化する少なくとも２つのカスケーディングフィルタを含む。その少なくとも２つのカスケーディングフィルタは、複合フィルタにおける阻止域での除去(stopband rejection)を最大化するようデザインされることもできる。本発明の例示的な実施形態において、N次フィルタがM次フィルタに接続される。ここで、NとMとは、整数である。N次及びM次のフィルタに対して、次数、帯域幅、阻止域減衰量、リップル振幅(ripple magnitude)などのフィルタ特性が、最小の通過域リップルと最大の阻止域除去(stopband rejection)とを達成するために選択される。複合フィルタにおける通過域リップルは、N次フィルタ及びM次フィルタにおける通過域リップルを、振幅に関して等しいか又はほぼ等しい状態、しかしお互いに同相にない(out of phase)状態にすることにより、最小化又は打ち消される。本発明による複合フィルタは、アナログフィルタ、デジタルフィルタ又はアナログフィルタとデジタルフィルタとの組み合わせを用いてデザインされることができ、任意数のカスケーディングフィルタを含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、以下に続く、本発明による実例的な実施形態の詳細な説明を参照し、対応する図面と共に読むとき、最も好適に理解されるであろう。
【０００７】
本発明は、カスケーディングフィルタにおける通過域リップルを打ち消すための方法及びシステムに関する。以下の説明は、当業者が、本発明を生産し、使用することができるように提供され、かつ特許出願とその必要事項との関連で提供される。本発明に基づき開示される実施形態の様々な変形が、当業者には容易に明らかであろう。本書における一般的な原則は、本発明による他の実施形態にも適用されることができる。従って、本発明は、開示される実施形態に限定されることが意図されるものではなく、添付される特許請求の範囲並びに本書に説明される原則及び特徴に対応する最も広範な範囲と一致されるべきものである。
【０００８】
以下、図面を参照し、特に図２を参照すれば、本発明による複合フィルタのブロック図が示される。複合フィルタ２００は、２つのカスケーディングフィルタ、フィルタ２０２とフィルタ２０４とを含む。本発明による他の実施形態において、追加的な要素がフィルタ２０２、２０４のいずれか又は両方の入力又は出力に接続されることができる。例えば、アンプがフィルタ２０２の出力に接続されることもできる。
【０００９】
図２の実施形態において、フィルタ２０２は、N次フィルタであり、フィルタ２０４は、M次フィルタである。ここで、NとMとは１又はそれ以上の整数である。例えば、フィルタ２０２は、偶数次のフィルタであってよく、フィルタ２０４は、奇数次のフィルタであってよい。その逆でもよい。更に、図２の実施形態において、フィルタの偶数次と奇数次の差は１である。従って、フィルタ２０２は５次フィルタ、フィルタ２０４は６次フィルタとすることができる。本発明による他の実施形態において、フィルタ２０２と２０４とは、いずれかの所望の次数を持つフィルタとしてデザインされることができる。
【００１０】
複合フィルタ２００は、例えば、レジスタ、コンデンサ及びインダクタといった受動素子を用いるアナログフィルタとして、又は、オペアンプ、コンデンサ及びレジスタを含み、しかしこれに限定されない能動素子を用いるデジタルフィルタとして実現されることができる。複合フィルタ２００は、いずれかのクラスのフィルタ、例えば、ロウパス(low-pass)フィルタ又はバンドパス(bandpass)フィルタとすることができる。
【００１１】
複合フィルタ２００におけるフィルタ２０２、２０４は、チェビシェフフィルタ、楕円フィルタ、トランジションフィルタ(transition filter)、及び通過域においてリップルが生じる任意の他の種類のフィルタを含み、しかしこれに限定されない任意の種類のフィルタとして実現されることができる。本発明による他のフィルタデザインにおいては、２つ以上のカスケーディングフィルタが、複合フィルタを構築するために使用されることができ、任意の所望のフィルタトポロジ、例えば、ラダー型(ladder)及びバイカッド型(bi-quad)が使用されることができる。
【００１２】
例えば、次数、帯域幅、阻止域減衰量、及びリップル振幅といった、フィルタ２０２、２０４に対するフィルタ特性は、複合フィルタ２００において、最小の通過域リップルと最大の阻止域除去とを達成するようデザインされ、選択される。複合フィルタ２００における通過域リップルは、フィルタ２０２及びフィルタ２０４における通過域リップルを、振幅に関して等しいか又はほぼ等しい状態、しかしお互いに同相にない(out of phase)状態に(部分的又は完全に)することにより、最小化又は打ち消される。
【００１３】
図３は、本発明による第１の実施形態における複合ロウパスフィルタのブロック図である。複合ロウパスフィルタ３００は、本発明の本実施形態において、３次楕円フィルタ３０４に接続される４次楕円フィルタ３０２を含む７次ロウパスフィルタである。図４Ａは、図３の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる４次楕円フィルタの概略図である。図４Ｂは、図３の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる３次楕円フィルタの概略図である。本発明による他の実施形態においては、楕円フィルタが図４Ａ及び図４Ｂに示される要素及び要素値とは異なる要素及び要素値で実現されることができる。更に、本発明による他の実施形態において、フィルタの次数は逆転されることができる。つまり、３次楕円フィルタが４次楕円フィルタの前段に配置されることができる。
【００１４】
例えば、次数、帯域幅、阻止域減衰量、及びリップル振幅といった、４次楕円フィルタ３０２及び３次楕円フィルタ３０４に対するフィルタ特性は、ロウパスフィルタ３００において、最小の通過域リップルと最大の阻止域除去とを達成するようデザインされ、選択される。表１は、各フィルタ３０２、３０４の特性をリストにしたものである：
【表１】
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【００１５】
図５を参照すれば、図４Ａ及び図４Ｂの楕円フィルタ並びに図３の複合ロウパスフィルタに対する通過域波形の図による表現が示される。楕円フィルタ３０２は、１デシベルの通過域リップルを持ち、楕円フィルタ３０４もまた１デシベルの通過域リップルを持つ。こうして２つの通過域リップルの振幅は等しい(又はほとんど等しい)。しかしながら、２つの波形はお互いに関して同相ではない(out of phase)。結果として、その累積効果が複合ロウパスフィルタ３００に対する波形における通過域リップルを最小にする。結合された周波数特性は比較的平坦で、ピークリップルは約7.6 MHzで0.1 dB未満である。更に、通過域から阻止域までの遷移は比較的鋭く、それにより、比較的高度な阻止域除去を与える。
【００１６】
図６は、本発明による第２の実施形態における複合ロウパスフィルタのブロック図である。複合ロウパスフィルタ６００は、本発明の本実施形態において、３次楕円フィルタ６０４に接続される４次チェビシェフフィルタ６０２を含む７次ロウパスフィルタである。図７Ａは、図６の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる４次楕円フィルタの概略図である。図７Ｂは、図６の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる３次チェビシェフフィルタの概略図である。本発明による他の実施形態においては、楕円及びチェビシェフフィルタが図７Ａ及び図７Ｂに示される要素及び要素値とは異なる要素及び要素値で実現されることができる。更に、本発明による他の実施形態において、フィルタの次数は逆転されることができる。つまり、楕円フィルタがチェビシェフフィルタの前段に配置されることができる。
【００１７】
例えば、次数、帯域幅、阻止域減衰量、及びリップル振幅といった、４次チェビシェフフィルタ６０２及び３次楕円フィルタ６０４に対するフィルタ特性は、ロウパスフィルタ６００において、最小の通過域リップルと最大の阻止域除去とを達成するようデザインされ、選択される。表２は、各フィルタ６０２、６０４の特性をリストにしたものである：
【表２】
2007504705.tif 000004
【００１８】
図８を参照すれば、図７Ａ及び図７Ｂのチェビシェフフィルタ及び楕円フィルタ並びに図６の複合ロウパスフィルタに対する通過域波形の図による表現が示される。チェビシェフフィルタ６０２及び楕円フィルタ６０４は、共に１デシベルの通過域リップルを持つ。こうして２つの通過域リップルの振幅は等しい(又はほとんど等しい)。しかしながら、２つの波形はお互いに関して同相ではない。結果として、その累積効果が複合ロウパスフィルタ６００に対する波形における通過域リップルを最小にする。結合された周波数特性は比較的平坦で、ピークリップルは約7.8 MHzで0.10 dB未満である。更に、通過域から阻止域までの遷移は比較的鋭く、それにより、比較的高度な阻止域除去を与える。
【００１９】
図９は、３次の楕円フィルタ、４次の楕円フィルタ及び本発明による複合バンドパスフィルタに対する通過域波形の図による表現である。波形９０４を生成することができるバンドパスフィルタは、本発明による本実施形態において、まずそれぞれロウパスフィルタとしてデザインされる２つのカスケーディングフィルタを含む。それから、従来のロウパス対バンドパス変換が行われる。図９の実施形態において、バンドパスフィルタの所望の中央周波数は20 MHzである一方、その変換に使用される中央周波数は18 MHzである。表３は、各ロウパスフィルタの特性をリストにしたものである：
【表３】
2007504705.tif 000005
【００２０】
図９に示されるように、ロウパスフィルタは共にその通過域において１デシベルのリップルを持つ(波形９００、９０２参照)。しかしながら、２つの波形９００、９０２は、お互いに関して同相ではない。こうして、その累積効果が、複合バンドパスフィルタにおける通過域リップルを最小化する(波形９０４参照)。結合される周波数特性は、比較的平坦であり、通過域から阻止域への遷移は比較的鋭く、それにより、比較的高度な阻止域除去を与える。
【００２１】
図１０を参照すれば、本発明による複合デジタルフィルタのブロック図が示される。複合デジタルフィルタ１０００は、２つのカスケード接続された(cascaded)デジタルフィルタ１００２、１００４を含む。フィルタ１００２及びフィルタ１００４は、無限インパルス応答(IIR)種のデジタルフィルタとして又は有限インパルス応答(FIR)種のデジタルフィルタとして実現されることができる。当業者であれば、アナログフィルタと共に用いられるので、FIR種のデジタルフィルタに対しては、フィルタ次数がデザインにおいて考慮すべきことではないことは理解されるであろう。
【００２２】
アナログフィルタと同様に、帯域幅、阻止域減衰量、リップル振幅及び次数(IIR種のフィルタに対して)といった、フィルタ１００２、１００４に対するフィルタ特性は、複合フィルタ１０００において、最小の通過域リップルと最大の阻止域除去とを達成するようデザインされ、選択される。複合デジタルフィルタ１０００における通過域リップルは、フィルタ１００２及びフィルタ１００４における通過域リップルを、振幅に関して等しいか又はほぼ等しい状態、しかしお互いに同相にない状態に(完全に又は部分的に)することにより、最小化又は打ち消される。
【００２３】
図１１は、本発明による、アナログフィルタとデジタルフィルタとを含む複合ハイブリッドフィルタのブロック図である。複合ハイブリッドフィルタ１１００は、アナログフィルタ１１０２、アナログデジタル・コンバータ(ADC)１１０４及びデジタルフィルタ１１０６を含むが、これに限定されない。フィルタ１１０２、１１０６の位置は逆転されることができる。つまり、デジタルフィルタ１１０６がアナログフィルタ１１０２の前段に配置され、２つのフィルタの間にデジタルアナログ・コンバータ(DAC)が配置されることができる。
【００２４】
次数、帯域幅、阻止域減衰量、及びリップル振幅といった、フィルタ１１０２、１１０４に対するフィルタ特性は、複合ハイブリッドフィルタ１１００において、最小の通過域リップルと最大の阻止域除去とを達成するようデザインされ、選択される。複合ハイブリッドフィルタ１１００における通過域リップルは、フィルタ１１０２及びフィルタ１１０４における通過域リップルを、振幅に関して等しいか又はほぼ等しい状態、しかしお互いに関して同相にない状態に(完全に又は部分的に)することにより、最小化又は打ち消される。
【００２５】
しかしながら、本発明による実施形態は、カスケーディングフィルタを２つだけ持つ複合フィルタのデザインに限定されるものではない。本発明に基づくカスケーディングフィルタを任意の所望の個数分備える複合アナログフィルタ、複合デジタルフィルタ、及び複合ハイブリッドフィルタが、デザインされ、実現されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術におけるフィルタに対する通過域波形を表す図面である。
【図２】本発明による複合フィルタのブロック図である。
【図３】本発明による第１の実施形態における複合ロウパスフィルタのブロック図である。
【図４Ａ】図３の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる４次楕円フィルタの概略図である。
【図４Ｂ】図３の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる３次楕円フィルタの概略図である。
【図５】図４Ａ及び図４Ｂの楕円フィルタ並びに図３の複合ロウパスフィルタに対する通過域波形を表す図面である。
【図６】本発明による第２の実施形態における複合ロウパスフィルタのブロック図である。
【図７Ａ】図６の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる４次楕円フィルタの概略図である。
【図７Ｂ】図６の複合ロウパスフィルタにおいて使用されることができる３次チェビシェフフィルタの概略図である。
【図８】図７Ａ及び図７Ｂのチェビシェフフィルタ及び楕円フィルタ並びに図６の複合ロウパスフィルタに対する通過域波形を表す図面である。
【図９】３次楕円フィルタ、４次楕円フィルタ及び本発明による複合バンドパスフィルタに対する通過域波形を表す図面である。
【図１０】本発明による複合デジタルフィルタのブロック図である。
【図１１】本発明による、アナログフィルタとデジタルフィルタとを含む複合フィルタのブロック図である。
【図１】
2007504705.tif 000006
【図２】
2007504705.tif 000007
【図３】
2007504705.tif 000008
【図４Ａ】
2007504705.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
2007504705.tif 000015
【図９】
2007504705.tif 000016
【図１０】
2007504705.tif 000017
【図１１】
2007504705.tif 000018
【国際調査報告】
2007504705.tif 000019
2007504705.tif 000020
2007504705.tif 000021