CH668519A5

CH668519A5 - ACTIVE LOW-PASS FILTER SWITCHING.

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; AT383919B; ATA241184A

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Tiefpassfilterschaltung. The invention relates to an active low-pass filter circuit.

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. In known circuits of this type, analog or clocked active filters are used; in the latter case, the filter characteristic is changed using a clock frequency. These filters have the disadvantage that a DC voltage (offset voltage) arises at their output, which must be compensated for in specific circuits by means of a component-specific adjustment, as a result of which a great deal of work is required.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine aktive Tiefpassfilterschaltung mit stark reduzierter Offsetspannung vorzuschlagen. The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose an active low-pass filter circuit with a greatly reduced offset voltage.

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. According to the invention, this is achieved in that a high-pass filter is connected in series with an active low-pass filter, the output of which is connected to a first input of a summing circuit and the input of the active low-pass filter is connected to the second input of the summing circuit via a low-pass filter, the high-pass filter and the low-pass filter is designed to be complementary to one another and form a crossover filter, and the offset voltage of these two filters is substantially less than the offset voltage of the active low-pass filter, or is zero.

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. The DC component is blocked by the high-pass filter connected downstream of the active low-pass filter. However, frequency components are lost due to the downstream high-pass filter. However, these pass through the low-pass filter connected to the active low-pass filter in the bypass to the summing circuit, as a result of which the characteristic of the active low-pass filter can be removed again at its output without or with a low offset voltage component.

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 The two filters connected to the output or the input of the active low-pass filter, namely the high-pass and the low-pass filter, can be implemented as passive filter circuits, so that their offset voltage is zero at all. These

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. However, filters can also be implemented using operational amplifiers, but their offset voltage must then be significantly smaller than that of the active low-pass filter, preferably in a ratio of at least 1:50.

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. It is particularly favorable if the high-pass filter has a cut-off frequency which is substantially lower than the cut-off frequency of the active low-pass filter, preferably in a ratio that is at least 1:10. Furthermore, it has proven to be advantageous if the damping of the low-pass filter is significantly greater than the damping of the active low-pass filter in the blocking region, the ratio of the damping of the low-pass filter to the damping of the active low-pass filter preferably being at least 2: 1.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit passiven Hoch- und Tiefpassfiltern und Fig. 1 shows an embodiment with passive high and low pass filters and

Fig. 2 ein solches, bei dem die Hoch- und Tiefpassfilter unter Verwendung von Operationsverstärkern realisiert sind. Fig. 2 one in which the high and low pass filters are implemented using operational amplifiers.

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. In the embodiment shown in FIG. 1, the active low-pass filter 1 is formed by a clocked capacitor filter, which is controlled by a clock generator 2. A passive high-pass filter 3 is connected to the output of the active low-pass filter 1, which preferably has a cut-off frequency which is significantly lower than the cut-off frequency of the active low-pass filter. It should preferably be in a ratio with this cut-off frequency of the active low-pass filter that is at least 1:10. This high-pass filter 3 is connected to an input of a summing circuit 4. The high-pass filter 3 blocks the DC components of the output signal of the active low-pass filter 1.

An den Eingang des aktiven Tiefpassfilters 1 ist ein passives Tiefpassfilter 5 angeschlossen, dessen Ausgang an den zweiten Eingang der Summierschaltung 4 angeschlossen ist. A passive low-pass filter 5 is connected to the input of the active low-pass filter 1, the output of which is connected to the second input of the summing circuit 4.

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. The two filters 3 and 5 are complementary to each other. As a result, those frequency parts of the output signal of the active low-pass filter 1 which are suppressed by the high-pass filter 3 pass via the low-pass filter 5 to the summing circuit 4 and vice versa, so that the characteristic of the active low-pass filter 1 can be removed at the output of the summing circuit 4. In practice, the two passive filters 3 and 5 form a switch filter.

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. It is essential for the design of the active low-pass filter circuit 1 that the attenuation of the low-pass filter 5 is significantly greater than the attenuation of the active low-pass filter 2 in the blocking region. The ratio of these two dampings should preferably be at least 2: 1. In addition, the cut-off frequencies of filters 3 and 5 must be selected so that there are no gaps in terms of transmission loss and these filters form a crossover filter.

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. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, a clocked capacitor filter is provided as the active low-pass filter, but any other active low-pass filter can also be used. As can be seen in FIG. 1, the two filters 3 and 5, namely the high-pass and the low-pass filter, can be implemented as passive filter circuits, so that their offset voltage is zero at all. However, these filters can also be implemented using operational amplifiers, but their offset voltage must then be significantly smaller than that of the active low-pass filter 1. The ratio of these offset voltages should preferably be at least 1:50. Such an embodiment is shown in Fig. 2. This also has an active low-pass filter 1, e.g. a clocked capacitor filter is provided, which is controlled by a clock generator 2. A high-pass filter 3 ′ is connected to the output of this active low-pass filter 1, which in turn is connected to an input of the summing circuit 4.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

668 519 668 519

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. In the same way as in the embodiment according to FIG. 1, the input of the active low-pass filter 1 is connected to a low-pass filter 5 ′, which is connected to the second input of the summing circuit 4.

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. In the embodiment according to FIG. 2, the high-pass filter 3 'has a series circuit consisting of the capacitor 31 and the resistor 32, which is connected to the inverting input of an operational amplifier 33 and the input of the high-pass filter 3'. This operational amplifier 33 has a feedback formed by the resistor 34.

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. In the embodiment according to FIG. 2, the low-pass filter 5 ′ likewise has an operational amplifier 53, the inverting input of which is connected to the input of the active low-pass filter 1 via a resistor 52. This operational amplifier 53 has a feedback circuit formed from a parallel circuit, a capacitor 51 and a resistor 54.

Durch entsprechende Dimensionierung der Kondensatoren By dimensioning the capacitors accordingly

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. 31 or 51 and the resistors 32, 34 or 52, 54, the characteristics of these two filters can be easily matched to one another in such a way that they form a switch filter. In addition, the cut-off frequency of the high-pass filter 5 3 'can also be determined in such a way that the cut-off frequency of this filter relates to that of the active low-pass filter at least as 1:10. In addition, the damping of the low-pass filter 5 'can also bring values that are at least twice the value of the damping of the active low-pass filter in the blocking region. Also in the embodiment according to FIG. 2, the DC voltage components of the output signal of the active low-pass filter 1 are generated by the capacitor 31 of the high pass filter 3 'blocked.

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. Although operational amplifiers 33 and 53 cause offset voltages, they can be brought to values which are significantly lower than those of the active low-pass filter 1 without any special circuit measures. Thus, a ratio of the offset voltages of the filters 3 ', 5' to that of the active low-pass filter 1 of 1:50 can easily be achieved.

v v

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

668 519

1. Active low-pass filter circuit, characterized in that a high-pass filter (3) is connected in series with an active low-pass filter (1), the output of which is connected to a first input of a summing circuit (4), and the input of the active low-pass filter (1) is connected a low pass filter (5) is connected to the second input of the summing circuit (4), the high pass filter (3) and the low pass filter (5) being complementary to one another and forming a switch filter, and the offset voltages of these two filters (3, 5) is significantly less than the offset voltage of the active low-pass filter (1), or is zero.

2. Active low-pass filter circuit according to claim 1, characterized in that the high-pass filter (3) has a cut-off frequency which is significantly lower than the cut-off frequency of the active low-pass filter (1).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Active low-pass filter circuit according to claim 2, characterized in that the ratio of the cut-off frequency of the high-pass filter (3) to the cut-off frequency of the active low-pass filter (1) is at least 1:10.

4. Active low-pass filter circuit according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the attenuation of the low-pass filter (1) is substantially greater than the attenuation of the active low-pass filter (1) in the blocking region.

5. Active low-pass filter circuit according to claim 4, characterized in that the ratio of the attenuation of the low-pass filter (5) to the attenuation of the active low-pass filter (1) is at least 2: 1.