CH668519A5

CH668519A5 - Aktive tiefpassfilterschaltung.

Info

Publication number: CH668519A5
Application number: CH321085A
Authority: CH
Inventors: Philip Webley; Manfred Listopad
Original assignee: Sat Systeme Automatisierung
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1988-12-30
Also published as: DE3525201A1; ATA241184A; AT383919B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Tiefpassfilterschaltung.

Bei bekannten derartigen Schaltungen werden analoge oder getaktete Aktivfilter verwendet; bei letzteren wird die Filtercharakteristik mit Hilfe einer Taktfrequenz verändert. Diese Filter haben den Nachteil, dass an ihrem Ausgang eine Gleichspannung (Offsetspannung) entsteht, die in konkreten Schaltungen durch einen bauteilspezifischen Abgleich wegkompensiert werden müssen, wodurch ein hoher Arbeitsaufwand erforderlich wird.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine aktive Tiefpassfilterschaltung mit stark reduzierter Offsetspannung vorzuschlagen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass in Serie zu einem aktiven Tiefpassfilter ein Hochpassfilter geschaltet ist, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang einer Summierschaltung verbunden ist und der Eingang des aktiven Tiefpassfilters über ein Tiefpassfilter mit dem zweiten Eingang der Summierschaltung verbunden ist, wobei das Hochpassfilter und das Tiefpassfilter komplementär zueinander ausgebildet sind und ein Weichenfilter bilden, und wobei die Offsetspannung dieser beiden Filter wesentlich kleiner als die Offsetspannung des akti-venTiefpassfilters ist, bzw. Null beträgt.

Durch das dem aktiven Tiefpassfilter nachgeschaltete Hochpassfilter wird die Gleichspannungskomponente abgeblockt. Allerdings gehen durch das nachgeschaltete Hochpassfilter Frequenzanteile verloren. Diese gelangen jedoch über das im Ne-benschluss zum aktiven Tiefpassfiltergeschaltete Tiefpassfilter zu der Summierschaltung, wodurch an deren Ausgang wieder die Charakteristik des aktiven Tiefpassfilters jedoch ohne bzw. mit geringem Offsetspannungsanteil abnehmbar ist.

Die beiden mit dem Ausgang bzw. dem Eingang des aktiven Tiefpassfilters verbundenen Filter, nämlich das Hochpass- und das Tiefpassfilter können als passive Filterschaltung realisiert sein, so dass deren Offsetspannung überhaupt Null ist. Diese

Filter können aber auch unter Verwendung von Operationsverstärkern realisiert sein, jedoch muss dann deren Offsetspannung gegenüber jener des aktiven Tiefpassfilters wesentlich kleiner sein, vorzugsweise mit dieser in einem Verhältnis von mindestens 1 : 50 stehen.

Besonders günstig ist es, wenn das Hochpassfilter eine Grenzfrequenz besitzt, welche wesentlich kleiner als die Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters, vorzugsweise mit dieser in einem Verhältnis steht, das mindestens 1 : 10 beträgt. Weiters hat es sich als Vorteil erwiesen, wenn die Dämpfung des Tiefpassfilters wesentlich grösser als die Dämpfung des aktiven Tiefpassfilters im Sperrbereich ist, wobei vorzugsweise das Verhältnis der Dämpfung des Tiefpassfilters zur Dämpfung des aktiven Tiefpassfilters mindestens 2 : 1 beträgt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit passiven Hoch- und Tiefpassfiltern und

Fig. 2 ein solches, bei dem die Hoch- und Tiefpassfilter unter Verwendung von Operationsverstärkern realisiert sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das aktive Tiefpassfilter 1 durch ein getaktetes Kondensator-Filter gebildet, das von einem Taktgenerator 2 gesteuert ist. An den Ausgang des aktiven Tiefpassfilters 1 ist ein passives Hochpassfilter 3 angeschlossen, das vorzugsweise eine Grenzfrequenz besitzt, welche wesentlich kleiner als die Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters ist. Bevorzugt soll sie mit dieser Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters in einem Verhältnis stehen, das mindestens 1 : 10 beträgt. Dieses Hochpassfilter 3 ist an einen Eingang einer Summierschaltung 4 angeschlossen. Das Hochpassfilter 3 blockt die Gleichspannungsanteile des Ausgangssignals des aktiven Tiefpassfilters 1 ab.

An den Eingang des aktiven Tiefpassfilters 1 ist ein passives Tiefpassfilter 5 angeschlossen, dessen Ausgang an den zweiten Eingang der Summierschaltung 4 angeschlossen ist.

Die beiden Filter 3 und 5 sind einander komplementär ausgebildet. Dadurch gelangen jene Frequenzteile des Ausgangssignals des aktiven Tiefpassfilters 1, die von dem Hochpassfilter 3 unterdrückt werden, über das Tiefpassfilter 5 zu der Summierschaltung 4 und umgekehrt, so dass am Ausgang der Summierschaltung 4 die Charakteristik des aktiven Tiefpassfilters 1 abnehmbar ist. Praktisch bilden die beiden passiven Filter 3 und 5 ein Weichenfilter.

Wesentlich für die Auslegung der aktiven Tiefpassfilterschaltung 1 ist, dass die Dämpfung des Tiefpassfilters 5 wesentlich grösser ist als die Dämpfung des aktiven Tiefpassfilters 2 im Sperrbereich. Bevorzugt soll das Verhältnis dieser beiden Dämpfungen mindestens 2 : 1 betragen. Ausserdem müssen die Grenzfrequenzen der Filter 3 und 5 so gewählt sein, dass hinsichtlich der Durchgangsdämpfung keine Lücken entstehen und diese Filter ein Weichenfilter bilden.

Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als aktives Tiefpassfilter ein getaktetes Kondensator-Filter vorgesehen, es kann aber auch jedes andere aktive Tiefpassfilter verwendet werden. Die beiden Filter 3 und 5, nämlich das Hochpass- und das Tiefpassfilter können, wie aus Fig. 1 ersichtlich, als passive Filterschaltungen realisiert sein, so dass deren Offsetspannung überhaupt Null ist. Diese Filter können aber auch unter Verwendung von Operationsverstärkern realisiert sein, jedoch muss dann deren Offsetspannung gegenüber jener des aktiven Tiefpassfilters 1 wesentlich kleiner sein. Bevorzugt soll das Verhältnis dieser Offsetspannungen mindestens 1 : 50 betragen. Eine solche Ausführungsform zeigt Fig. 2. Bei dieser ist ebenfalls ein aktives Tiefpassfilter 1, z.B. ein getaktetes Kondensatorfilter vorgesehen, das von einem Taktgenerator 2 gesteuert ist. An dem Ausgang dieses aktiven Tiefpassfilters 1 ist ein Hochpassfilter 3' angeschlossen, das seinerseits an einen Eingang der Summierschaltung 4 angeschlossen ist.

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In der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der Eingang des aktiven Tiefpassfilters 1 mit einem Tiefpassfilter 5' verbunden, das mit dem zweiten Eingang der Summierschaltung 4 verbunden ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 weist das Hochpassfilter 3' eine aus dem Kondensator 31 und dem Widerstand 32 bestehende Serienschaltung auf, die mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 33 und dem Eingang des Hochpassfilters 3' verbunden ist. Dieser Operationsverstärker 33 weist eine durch den Widerstand 34 gebildete Rückkopplung auf.

Das Tiefpassfilter 5' weist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ebenfalls einen Operationsverstärker 53 auf, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand 52 mit dem Eingang des aktiven Tiefpassfilters 1 verbunden ist. Dieser Operationsverstärker 53 weist einen aus einer Parallelschaltung, aus einem Kondensator 51 und einem Widerstand 54 gebildeten Rückkopplungskreis auf.

Durch entsprechende Dimensionierung der Kondensatoren

31 bzw. 51 und der Widerstände 32, 34 bzw. 52, 54 können die Charakteristika dieser beiden Filter leicht derart aufeinander abgestimmt werden, da sie ein Weichenfilter bilden. Ausserdem lässt sich dadurch auch die Grenzfrequenz des Hochpassfilters 5 3' so festlegen, dass sich die Grenzfrequenz dieses Filters zu jener des aktiven Tiefpassfilters mindestens wie 1 : 10 verhält. Überdies kann dabei auch die Dämpfung des Tiefpassfilters 5' Werte bringen, die mindestens das Doppelte des Wertes der Dämpfung des aktiven Tiefpassfilters im Sperrbereich betragen, io Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden die Gleichspannungsanteile des Ausgangssignals des aktiven Tiefpassfilters 1 durch den Kondensator 31 des Hochpassfilters 3' abgeblockt.

Durch die Operationsverstärker 33 und 53 treten zwar Off-15 setspannungen auf, doch können diese ohne besondere Schal-tungsmassnahmen auf Werte gebracht werden, die wesentlich unter jenen des aktiven Tiefpassfilters 1 liegen. So ist ohne weiteres ein Verhältnis der Offsetspannungen der Filter 3', 5' zu jenen des aktiven Tiefpassfilters 1 von 1 : 50 erreichbar.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Aktive Tiefpassfilterschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu einem aktiven Tiefpassfilter (1) ein Hochpassfilter (3) geschaltet ist, dessen Ausgang mit einem ersten Eingang einer Summierschaltung (4) verbunden ist, und der Eingang des aktiven Tiefpassfilters (1) über ein Tiefpassfilter (5) mit dem zweiten Eingang der Summierschaltung (4) verbunden ist, wobei das Hochpassfilter (3) und das Tiefpassfilter (5) komplementär zueinander ausgebildet sind und ein Weichenfilter bilden, und wobei die Offsetspannungen dieser beiden Filter (3, 5) wesentlich kleiner als die Offsetspannung des aktiven Tiefpassfilters (1) ist, bzw. Null beträgt.

2. Aktive Tiefpassfilterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochpassfilter (3) eine Grenzfrequenz besitzt, welche wesentlich kleiner als die Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters (1) ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Aktive Tiefpassfilterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Grenzfrequenz des Hochpassfilters (3) zur Grenzfrequenz des aktiven Tiefpassfilters (1) mindestens 1 : 10 beträgt.

4. Aktive Tiefpassfilterschaltung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des Tiefpassfilters (1) wesentlich grösser als die Dämpfung des aktiven Tiefpassfilters (1) im Sperrbereich ist.

5. Aktive Tiefpassfilterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dämpfung des Tiefpassfilters (5) zur Dämpfung des aktiven Tiefpassfilters (1) mindestens 2: 1 beträgt.