DE102013112236A1

DE102013112236A1 - Filterdesign Tool

Info

Publication number: DE102013112236A1
Application number: DE102013112236.1A
Authority: DE
Inventors: Matthew N. Duff
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-05-15
Also published as: CN103810321B; US8930874B2; US8924910B2; US20140137067A1; US20140137068A1; US8806409B2; US20140137069A1; CN103810321A

Abstract

Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform eines Filterdesign-Tools ist bereitgestellt und beinhaltet das Empfangen von Filterparametern für einen analogen Filter über eine Benutzerschnittstelle, wobei die Filterparameter einen Optimierungsparameter beinhalten, der sich auf eine Anwendungsanforderung des analogen Filters bezieht, das Optimieren des Filters für den Optimierungsparameter, das Berechnen einer Designausgabe basierend auf dem optimierten Filter und das Anzeigen der Designausgabe auf der Benutzerschnittstelle. Das Verfahren kann ferner das Empfangen von Anzeigeparametern beinhalten, die die anzuzeigende Designausgabe spezifizieren. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Benutzerschnittstelle einen Eingabebereich, einen Anzeigebereich und einen Fensterbereich in einer oder mehreren Seite(n), wobei der Eingabebereich in wenigstens einer Seite an den Anzeigebereich angrenzt. Die Filterparameter können in den Eingabebereich eingegeben werden und die Designausgabe wird im Wesentlichen unmittelbar berechnet und im angrenzenden Anzeigebereich angezeigt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Schaltungsentwicklung und insbesondere ein Filterdesign-Tool.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Prozess der Schaltungsentwicklung kann Systeme von komplexen elektronischen Systemen bis hin zu einzelnen Transistoren in einer integrierten Schaltung umfassen. Herkömmliche Schaltungsentwicklung beinhaltet üblicherweise das Erzeugen einer Spezifikation basierend auf der Kundenanwendung, das Zusammenstellen eines Schaltplans für die Spezifikationen, das Berechnen von Komponentenwerten, um die Spezifikationen unter festgelegten Bedingungen zu erfüllen, das Ausführen von Simulationen, um das Design zu überprüfen, das Bauen eines Prototyps und das Testen im Hinblick auf die Spezifikation und andere Schritte, die die ordnungsgemäße Herstellung der Schaltung erleichtern können. Schaltungen können häufig von einem oder mehreren Schaltungsentwicklern entwickelt worden sein, die einen systematischen Ansatz mit intelligent gesteuerter Computersimulation befolgen. Derartige Computersimulations-Tools können die effiziente und genaue Entwicklung von Schaltungen, sowohl simpel als auch komplex mit sowohl analogen als auch digitalen Filtern, erleichtern.
KURZDARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN
Um ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Offenbarung und Merkmale und deren Vorteile bereitzustellen, wird auf die nachfolgende Beschreibung verweisen, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Referenzziffern gleiche Teile repräsentieren. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Filterdesign-Tools darstellt;
2 ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
3 ein vereinfachtes Diagramm, das einen anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
4A, 4B und 4C vereinfachte Diagramme, die weitere andere beispielhafte, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpfte Screenshots darstellen;
5 ein vereinfachtes Diagramm, das beispielhafte Einzelheiten des Filterdesign-Tools gemäß einer Ausführungsform darstellt;
6 ein vereinfachtes Diagramm, das weitere beispielhafte Einzelheiten des Filterdesign-Tools gemäß einer Ausführungsform darstellt;
7 ein vereinfachtes Diagramm, das weitere beispielhafte Einzelheiten des Filterdesign-Tools gemäß einer Ausführungsform darstellt;
8 ein vereinfachtes Diagramm, das weitere beispielhafte Einzelheiten des Filterdesign-Tools gemäß einer Ausführungsform darstellt;
9 ein vereinfachtes Diagramm, das weitere beispielhafte Einzelheiten des Filterdesign-Tools gemäß einer Ausführungsform darstellt;
10 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
11A und 11B vereinfachte Diagramme, die weitere andere beispielhafte, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpfte Screenshots darstellen;
12A, 12B und 12C vereinfachte Diagramme, die weitere andere beispielhafte, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpfte Screenshots darstellen;
13 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
14 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
15 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
16A und 16B vereinfachte Diagramme, die weitere andere beispielhafte, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpfte Screenshots darstellen;
17 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
18 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
19 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
20 ein vereinfachtes Diagramm, das einen weiteren anderen beispielhaften, mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpften Screenshot darstellt;
21 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das beispielhafte Einzelheiten einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools darstellt;
22 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das beispielhafte Einzelheiten einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools darstellt;
23 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
24 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
25 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
26 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
27A, 27B und 27C vereinfachte Ablaufdiagramme, die weitere andere beispielhafte Handlungen darstellen, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
28 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
29 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
30 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
31 ein vereinfachtes Diagramm, das beispielhafte Einzelheiten einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools darstellt;
32 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
33 einen vereinfachten Pseudocode, der weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können;
34 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können; und
35 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das weitere andere beispielhafte Handlungen darstellt, die mit einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools verknüpft sein können.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
ÜBERBLICK
Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform eines Filterdesign-Tools ist bereitgestellt und beinhaltet das Empfangen von Filterparametern für einen analogen Filter über eine Benutzerschnittstelle, wobei die Filterparameter einen Optimierungsparameter beinhalten, der sich auf eine Anwendungsanforderung des Analogfilters bezieht, das Optimieren des Filters für den Optimierungsparameter, das Berechnen einer Designausgabe basierend auf dem optimierten Filter und das Anzeigen der Designausgabe auf der Benutzerschnittstelle. Das Verfahren kann ferner das Empfangen von Anzeigeparametern über die Benutzerschnittstelle beinhalten, wobei die Anzeigeparameter die anzuzeigende Designausgabe spezifizieren. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Benutzerschnittstelle einen Eingabebereich, einen Anzeigebereich und einen Fensterbereich in einer Mehrzahl von Seiten, wobei der Eingabebereich in wenigstens einer Seite an den Anzeigebereich angrenzt. Die Filterparameter können in den Eingabebereich eingegeben werden und die Designausgabe wird im Wesentlichen unmittelbar berechnet und im angrenzenden Anzeigebereich angezeigt.
Die Filterparameter können einen Filtertyp, einen Filterreaktionstyp und eine zugehörige Mehrzahl an Leistungseinschränkungen, Spannungsversorgungen für Operationsverstärker (OP-Verstärker) im Filter und Komponententoleranzen beinhalten. In einer spezifischen Ausführungsform kann der Filterreaktionstyp durch einen Schieberegler mit wenigstens drei auswählbaren Punkten, die drei verschiedenen Filterreaktionstypen entsprechen, spezifiziert werden. Die Anzeigeparameter können die Stärke einer Frequenzreaktion des Filters, die Phase der Frequenzreaktion, die Sprungantwort des Filters und andere Parameter beinhalten.
In einer spezifischen Ausführungsform ist die Benutzerschnittstelle konfiguriert, um über die eine oder mehreren Seite(n) gemäß einem Filterdesignprozess navigierbar zu sein, einschließlich des Auswählens eines Filtertyps, des Auswählens von Leistungseinschränkungen und eines Filterreaktionstyps, des Spezifizierens der Optimierungsparameter und des Spezifizierens von Komponententoleranzen. Wenn eine Seite, die einen Schritt im Filterdesignprozess anzeigt, in der Benutzerschnittstelle als eine aktive Seite angezeigt wird, kann eine der Seiten, die einen vorherigen Schritt im Filterdesignprozess anzeigt, ausgewählt werden, um als die aktive Seite angezeigt zu werden, Seiten, die spätere Schritte im Filterdesignprozess anzeigen, können jedoch nicht ausgewählt werden, um die aktive Seite zu werden, bevor der Schritt in der aktuell aktiven Seite vollendet wurde. Das Verfahren beinhaltet in verschiedenen Ausführungsformen andere Merkmale.
BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun zu 1. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein Filterdesign-Tool 10 darstellt. Das Filterdesign-Tool 10 beinhaltet eine Benutzerschnittstelle 12, die einen Eingabebereich 14, einen Anzeigebereich 16 und einen Fensterbereich 17 aufweist. Der Eingabebereich 14 kann jeden beliebigen Abschnitt der Benutzerschnittstelle 12 beinhalten, der es einem Benutzer ermöglicht, mit dem Filter verknüpfte Eingaben einzugeben (oder zu manipulieren); der Anzeigebereich 16 kann jeden beliebigen Abschnitt der Benutzerschnittstelle 12 beinhalten, der eine Designausgabe anzeigt; und der Fensterbereich 17 kann jeden beliebigen Abschnitt der Benutzerschnittstelle 12 beinhalten, der nicht der Eingabebereich 14 oder der Anzeigebereich 16 ist und der basierend auf der Interaktion des Benutzers mit der Benutzerschnittstelle 12 geöffnet wird (z. B. als Pop-up oder anderweitig aktiviert wird).
In verschiedenen Ausführungsformen können der Eingabebereich 14 und der Anzeigebereich 16 gleichzeitig für einen Benutzer, der eine Benutzerschnittstelle 12 betrachtet, sichtbar sein und der Fensterbereich 17 kann gelegentlich erscheinen und den Eingabebereich 14 und/oder den Anzeigebereich 16 überlappen. Der Benutzer kann verschiedene Filterparameter 18 spezifizieren, die sich auf eine Anwendung des Benutzers beziehen. Zum Beispiel können die Filterparameter 18 spezifizieren, dass der zu entwerfende Filter ein geringes Rauschen oder einen geringen Energieverbrauch oder einen großen Spannungsbereich usw. aufweist.
Die Filterparameter 18 können in ein Filterdesignmodul 20 eingegeben werden. Ein Optimierungsmodul 22 kann den Filter gemäß Filterparametern 18 für bestimmte Optimierungsparameter optimieren. Wie sie hierin verwendet wird, beinhaltet die Bezeichnung „optimieren” jede/n/s beliebige/n/s Prozess, Tat, Handlung, Verfahren zum Entwickeln (z. B. Erstellen, Konfigurieren, Erzeugen, Anordnen, Sortieren, Aufbauen, Auswählen, Konstruieren usw.) einer Filterschaltung. Eine derartige Filterschaltung könnte im Vergleich zu einer Mehrzahl anderer möglicher Konfigurierungen eine effektivere Filterleistung für den spezifizierten Optimierungsparameter bereitstellen.
Zum Beispiel beinhaltet das Optimieren des Filters in Bezug auf Rauschen das Erzeugen einer geeigneten Filterkonfigurierung mit geeigneten Widerständen, Kondensatoren und OP-Verstärkern, die auf geeignete Art und Weise miteinander verbunden werden, sodass der Filter unter einer Mehrzahl von möglichen Konfigurierungen das geringste Rauschen aufweist. In einem anderen Beispiel beinhaltet das Optimieren des Filters in Bezug auf Energie das Erzeugen einer geeigneten Filterkonfigurierung, die unter einer Mehrzahl von anderen Konfigurierungen den geringsten Energieverbrauch aufweist. In einem weiteren anderen Beispiel beinhaltet das Optimieren des Filters in Bezug auf den Spannungsbereich das Erzeugen einer geeigneten Filterkonfigurierung, die unter einer Mehrzahl von anderen möglichen Konfigurierungen den größten Spannungsbereich aufweist. Die Bezeichnung „optimieren”, wie sie hierin verwendet wird, bezieht sich nicht zwangsläufig auf das Erzeugen (oder Entwickeln, Erstellen usw.) eines vollkommen perfekten, voll funktionstüchtigen, optimalen, beispielhaften oder effektivsten Filters.
Mathematisch ausgedrückt kann Optimierung als das Minimieren einer Zielfunktion f(x) spezifiziert werden, wobei x für einen Satz an Optimierungsparametern steht (der obere und untere Grenzen aufweisen kann oder nicht, wie x_L ≤ x ≤ x_U), der bestimmten linearen und/oder nicht linearen Einschränkungen unterliegt. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten Optimierungsparameter im Filterdesign-Tool 10 Parameter, die sich auf Anwendungsanforderungen von analogen Filtern beziehen, die sich außerdem auf die Schaltungstopologie und Leistung von analogen Filtern beziehen können, einschließlich Parameter, wie Rauschen, Strom, Spannungsbereich, Auswahl spezifischer Komponenten, Preis, Größe, Gleichstromgenauigkeit, Komponentenanzahl und Temperaturbereich.
Die Bezeichnung „Anwendungsanforderung” bezieht sich, wie sie hierin verwendet wird, auf jede(s) beliebige Leistungsspezifizierung, Präferenz, Angabe, Konfigurierungseinstellung oder Merkmal des analogen Filters. Dies könnte sich auf eine bestimmte Anwendung beziehen, in der der analoge Filter verwendet wird. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, dass analoge Filter, die in digitalen Teilnehmeranschlussleitungs-(DSL)-Anwendungen verwendet werden, geringes Rauschen aufweisen; analoge Filter, die in bestimmten Audioanwendungen verwendet werden, mit wenig Energie betrieben werden; analoge Filter, die in einigen Musiksynthesizern verwendet werden, sollten große Spannungsbereiche aufweisen; analoge Filter, die in Raumfahrt- oder Militäranwendungen verwendet werden, sollten zuverlässigen Betrieb über große Temperaturbereiche aufweisen usw. Jeder geeignete mit Anwendungsanforderungen von analogen Filtern verknüpfte Optimierungsparameter kann im breiten Umfang der Ausführungsformen ausgewählt werden.
Der Satz an Optimierungsparametern kann den Parameterraum spezifizieren. Die Einschränkungen können den Parameterraum in umsetzbare und nicht umsetzbare Bereiche aufteilen. Ein Designpunkt im Parameterraum kann nur dann umsetzbar sein, wenn er alle der Einschränkungen erfüllt; dementsprechend kann ein Designpunkt im Parameterraum nicht umsetzbar sein, wenn er gegen eine oder mehrere Einschränkung(en) verstößt. Es gilt zu beachten, dass das Minimieren von f(x) eine globale Optimierung (z. B. Finden eines Designpunktes, der die geringste umsetzbare Zielfunktion über den gesamten Parameterraum bieten kann) oder lokale Optimierung (z. B. Finden eines Designpunktes, der die geringste umsetzbare Zielfunktion im Verhältnis zu einem „nahegelegenen” Bereich des Parameterraums bieten kann) beinhalten kann.
Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können jedes beliebige Verfahren verwenden, um das Optimierungsproblem zu lösen und f(x) zu bestimmen. Allgemein kann das Verfahren in irgendeiner Form über x (oder mit dem Parameterraum verknüpften Variablen) iterieren. Zum Beispiel kann ein Ausgangswert für jeden Parameter in x (oder mit dem Parameterraum verknüpften Variablen) ausgewählt werden, die Reaktionsmengen, die von der Zielfunktion f(x) spezifiziert werden, und die Einschränkungen können berechnet werden und ein geeigneter Algorithmus kann angewendet werden, um ein neues x (oder mit dem Parameterraum verknüpfte Variablen) zu erzeugen, das entweder die Zielfunktion f(x) verringern kann, die Menge der Unausführbarkeit verringern kann oder beides. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Optimierungsmodul 22 einen Nelder-Mead-Algorithmus verwenden, um das Optimierungsproblem zu lösen.
Ein Kompensationsmodul 24 kann Nichtidealitäten von Operationsverstärkern (OP-Verstärkern) im entwickelten Filter kompensieren. Ein Komponentenauswahlmodul 26 kann das Auswählen von Komponenten und das Simulieren Ihres Verhaltens entsprechend der Anwendung des Benutzers erleichtern. Komponenten können (wo zutreffend) OP-Verstärker, Widerstände, Kondensatoren und Induktoren beinhalten. Das Auswählen von Komponenten und Simulieren ihres Verhaltens kann das Auswählen spezifischer Komponenten aus einer Liste an Komponenten; das Überprüfen, ob berechnete Komponentenwerte (z. B. Widerstände, Kapazitäten und OP-Verstärkerparameter) gültig sind, beinhalten; und es anderweitig dem Optimierungsmodul 22 ermöglichen, seine beabsichtigten Handlungen auszuführen. Ein Toleranzmodul 28 kann Verhaltensvarianten aufgrund von Komponententoleranten berechnen. In verschiedenen Ausführungsformen können das Optimierungsmodul 22, das Kompensationsmodul 24, das Komponentenauswahlmodul 26 und das Toleranzmodul 28 gleichzeitig, in Reihe oder parallel Berechnungen ausführen und Eingaben aneinander bereitstellen, die Eingaben ordnungsgemäß verarbeiten, Ausgaben aneinander bereitstellen und anderweitig zusammenarbeiten, um den Filterdesign- und Optimierungsprozess zu erleichtern.
Anzeigeparameter 29 können durch den Eingabebereich 14 der Benutzerschnittstelle 12 vom Benutzer spezifiziert werden. Anzeigeparameter 29 können das Wiedergeben von geeigneten Designausgaben hinsichtlich des entwickelten Filters auf dem Anzeigebereich 16 erleichtern. Wie sie hierin verwendet wird, beinhaltet die Bezeichnung „Designausgabe” jede(s) beliebige Verhalten oder Konfigurierung des Filters, das/die als Reaktion auf das Eingeben, Verändern, Auswählen oder anderweitige Manipulieren von Filterparametern 18 und/oder Anzeigeparametern 29 im Filterdesign-Tool 10 erzeugt (z. B. berechnet, analysiert, aufgedeckt, verifiziert, etabliert, gefolgert, gelöst usw.) wurde. Beispiele von Designausgaben beinhalten Schaltdiagramme, die Schaltbilder des Filterdesigns zeigen, mit OP-Verstärkern, Widerständen und Kondensatoren, die miteinander verbunden sind, um einen funktionierenden analogen Filter zu bilden, Graphen derartiger Filterreaktionen (z. B. Stärkenreaktion und Phasengang) und Filterschaltungsleistung (z. B. Rauscheigenschaften) und Blockdiagrammen, die, wo zutreffend, Repräsentationen von Filterstufen und andere Stufeninformationen bereitstellen. Zum Beispiel kann die Designausgabe den entwickelten analogen Filter und sein durch das Lösen des Optimierungsproblems erreichtes Verhalten anzeigen.
Ein Schaltungsmodul 30 kann ein Schaltbild 32 auf dem Anzeigebereich 16 wiedergeben, zum Beispiel wenn „Schaltung” als Anzeigeparameter 29 ausgewählt wird. Das Schaltbild 32 kann Komponentenkonfigurierung und Werte, die im Filterdesignmodul 20 berechnet werden, beinhalten. Das vom Filterdesignmodul 20 berechnete Filterverhalten kann durch das Graph-Modul 34 angezeigt werden, das den Graph 36 auf dem Anzeigebereich 16 der Benutzerschnittstelle 12 wiedergeben kann. Der Benutzer kann ein spezifisches Filterverhalten auswählen, das er als Graph 36 ansehen will, indem er entsprechende Anzeigeparameter 29 festlegt. Ein Diagrammmodul 38 kann ein Blockdiagramm 40 basierend auf den Komponenten und entsprechenden vom Filterdesignmodul 20 berechneten Werten wiedergeben. Das Blockdiagramm 40 kann vom Benutzer ausgewählt werden, um unter Verwendung entsprechender Anzeigeparameter 29 angezeigt zu werden.
Ein Fehlermodul 42 kann einen Fehler 44 erzeugen, der im Fensterbereich 17 angezeigt werden kann, zum Beispiel wenn irgendwelche Filterparameter 18 nicht richtig angewendet wurden. Ein Alarmmodul 46 kann einen Alarm 48 im Fensterbereich 17 erzeugen, zum Beispiel, um eine Warnung oder ein anderes Element, auf das die Aufmerksamkeit des Benutzers gerichtet werden kann, anzuzeigen. Ein Hilfemodul 50 kann dem Benutzer durch einen entsprechenden Text 52, der im Fensterbereich 17 oder dem Anzeigebereich 16 angezeigt wird, helfen, zum Beispiel basierend auf erzeugtem Textinhalt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine OP-Verstärkerdatenbank 54 verschiedene OP-Verstärker (z. B. im Handel erhältliche Modelle) und entsprechende OP-Verstärkerschaltungsparameter beinhalten. Das Komponentenauswahlmodul 26 kann während des Filterdesignprozesses geeignete OP-Verstärker aus der OP-Verstärkerdatenbank 54 auswählen. Ein Prozessor 56 und ein Speicherelement 58 können es dem Filterdesign-Tool 10 ermöglichen, die verschiedenen hierin beschriebenen Handlungen auszuführen. Das Filterdesign-Tool 10 kann wenigstens eine Filterdesigndatei 60, Evaluierungsboardparameter 62 und Filterdesignverteilung 64 als eine oder mehrere Ausgabe(n) bereitstellen. Andere Ausgaben und Formen davon können enthalten sein, ohne vom weiten Umfang der Ausführungsformen abzuweichen.
Um die Techniken des Filterdesign-Tools 10 darzustellen, ist es wichtig, die Handlungen eines jeweiligen Systems, wie der Architektur aus 1, zu verstehen. Die nachfolgenden grundlegenden Informationen können als Grundlage angesehen werden, von der aus die vorliegende Offenbarung ordnungsgemäß erläutert werden kann. Derartige Informationen werden ausschließlich zu Zwecken der Beschreibung bereitgestellt und sind demzufolge in keiner Weise als den weiten Umfang der vorliegenden Offenbarung und ihre potenziellen Anwendungen einschränkend anzusehen.
In einem allgemeinen Sinn ist Filterdesign der Prozess der Entwicklung eines Filters, der eine Reihe von Anforderungen erfüllt. Bestimmte Abschnitte des Entwicklungsprozesses können automatisiert werden, üblicherweise ist basierend auf bestimmten Filterdesign-Tools jedoch ein erfahrener Elektrotechniker mit Fachwissen über Filter erforderlich, um ein gutes Filterdesign zu erzeugen. Typische Anforderungen, die im Filterdesignprozess in Betracht gezogen werden, beinhalten die Frequenzantwort, Phasenverschiebung oder Gruppenlaufzeit und Impulsgang des Filters; Stabilität; geringe Komplexität; und Produzierbarkeit. Verschiedene Software-Filterdesign-Tools sind verfügbar, um den Filterentwickler beim Filterdesignprozess zu unterstützen.
Ein typisches Design-Tool für analoge Filter besteht aus zwei Schritten. In Schritt 1 wird Verhalten des Filters in Bezug auf Dämpfung und/oder Phasengang bestimmt. In Schritt 2 wird die Topologie des Filters einschließlich der spezifischen Schaltungskomponenten und ihrer Zwischenverbindungen definiert. Im Allgemeinen kann jede beliebige Transferfunktion verwendet werden, um die Dämpfung und/oder Phasenanforderungen eines bestimmten Filters in Schritt 1 zu erfüllen. Zum Beispiel kann ein Butterworth-Filter, der im Durchlassbereich oder Sperrbereich keine Restwelligkeit aufweist, als ein geeigneter Kandidat für das Filterdesign ausgewählt werden. Der Butterworth-Filter erzielt seine Planheit zulasten eines verhältnismäßig breiten Einschwingbereichs vom Durchlassbereich bis zum Sperrbereich mit durchschnittlichem Einschwingverhalten. In einem anderen Beispiel weist ein Chebyshev-Filter einen kleineren Einschwingbereich auf als der Butterworth-Filter gleicher Ordnung zu Lasten von Restwelligkeit in seinem Durchlassbereich. Der Chebyshev-Filter verbessert den Amplitudengang des Butterworth-Filters zu Lasten von Einschwingverhalten. In einem weiteren anderen Beispiel kann ein Bessel-Filter aufgrund einer linearen Phase (einer konstanten Verzögerung) im Durchlassbereich ein besseres Einschwingverhalten erzielen als der Butterworth-Filter und der Chebyshev-Filter, was jedoch zu einer verhältnismäßig schlechten Frequenzreaktion führt (z. B. geringere Amplitudendiskriminierung).
Mit Bezugnahme auf Schritt 2 des Filterdesignprozesses bestimmt die Filtertopologie üblicherweise das Verhalten des Filters hinsichtlich seiner Eigenfrequenz (f_n), seines Qualitätsfaktors (Q) und seiner Verstärkung. Eine beispielhafte Filtertopologie ist die Sallen-Key-Topologie, in der der Filter hochempfindlich auf die Leistung des zugehörigen OP-Verstärkers reagiert. Eine weitere beispielhafte Topologie, genauer gesagt der Mehrfach-Rückkopplungsfilter, verwendet den OP-Verstärker als einen Integrator und wird in Anwendungen mit geringem Qualitätsfaktor (Q < 20) verwendet. Eine weitere beispielhafte Filtertopologie beinhaltet den Zustandsvariablenfilter, der eine präzisere Implementierung zulasten vieler zusätzlicher Schaltungskomponenten bietet. Die Verstärkung, Q und f_n können unabhängig im Zustandsvariablenfilter angepasst werden. Variationen im Filterverhalten aufgrund von Temperatur- und Komponententoleranzen können im Zustandsvariablenfilter minimiert werden. Eine weitere beispielhafte Filtertopologie beinhaltet einen biquadratischen Filter. Verschiedene andere Filtertopologien können mit Filterdesign-Tools umgesetzt werden.
Mit Bezugnahme auf Filterdesign-Tools, die die oben genannten Filterdesignschritte enthalten, um einen analogen Filter zu entwickeln, sollte ein Benutzer ausreichend Informationen eingeben, um Folgendes zu bestimmen: (1) Leistungseinschränkungen (z. B. wo die Durchlassbereichs- und Bandsperrenfrequenzen eingestellt werden sollen, die Dämpfung an den Bandsperren- und Durchlassbereichsfrequenzen usw.) und (2) Filterreaktionstyp (z. B. Butterworth, Chebyshev, Bessel usw.). Einige Filterdesign-Tools zwingen den Benutzer, die Leistungseinschränkungen einzugeben, ohne zu zeigen, wie diese Einschränkungen die Filterreaktionen beeinflussen. Die Tools zeigen die erwartete Leistung typischerweise erst dann, wenn der Benutzer zum Filterreaktionsschritt übergeht. Derartige Filterdesign-Tools können die Filterreaktion unter Umständen nicht angrenzend (z. B. nebeneinander oder zusammen) im selben Fenster oder auf derselben Seite anzeigen.
Wie sie hierin verwendet wird, kann die Bezeichnung „Fenster” einen Abschnitt einer Anzeige auf einem Computerbildschirm oder anderen Bildschirm beinhalten, der Inhalte scheinbar unabhängig vom Rest des Bildschirms anzeigen kann. Fenster können Rahmen, vertikale und horizontale Bildlaufleisten, Drag-Streifen (z. B. üblicherweise entlang der Oberkante zum Ziehen des gesamten Fensters und entlang der anderen Kanten und unteren Ecken zum Verändern der Fenstergröße), Schaltflächen (z. B. zum Schließen, Maximieren und Minimieren) und Registerkarten (z. B. zur Navigation zwischen Seiten in einem Fenster) beinhalten. Eine grafische Benutzerschnittstelle kann konfiguriert sein, um mehrere Fenster zu öffnen und das Auswählen eines Fensters kann das ausgewählte Fenster in der Vordergrund bewegen (z. B. um zu einem aktiven Fenster zu werden), um sichtbare Inhalte anzuzeigen, andere Fenster in den Hintergrund zu drängen (z. B. um zu inaktiven Fenstern zu werden).
Typischerweise kann jede Anwendung auf einem Computer (oder einem anderen Rechnergerät) in ihrem eigenen Fenster geöffnet werden und navigierbare Seiten in jedem Fenster bereitstellen. Wie sie hierin verwendet wird, beinhaltet die Bezeichnung „Seite” jedes beliebige Fenster in einem anderen Fenster, das nicht aus dem übergeordneten Fenster heraus bewegt werden kann. Viele Filterdesign-Tools stellen auf Registerkarten basierte Navigation bereit, um innerhalb des Fensters von Seite zu Seite zu navigieren. In anderen Konfigurierungen können Filterdesign-Tools in einem Webbrowser geöffnet werden und es kann durch Hyperlinks von Seite zu Seite navigiert werden. Viele andere Konfigurierungsoptionen sind verfügbar. Das typische, auf dem Markt erhältliche Design-Tool für analoge Filter stellt jedoch nicht die Option bereit, Filterreaktion, Schaltbilder, Schaltungsleistung, Schaltungseigenschaften usw. auf derselben Seite anzuzeigen wie die Filterparametereingabeseite; der Benutzer müsste von der Eingabeseite zur Reaktionsseite navigieren, zwischen den Seiten hin und her klicken (oder sie anderweitig auswählen), um die Auswirkung der sich verändernden Komponentenwerten, Schaltungstopologie und anderen Komponentenauswahlmöglichkeiten auf das Filterverhalten sehen zu können.
Ferner ermöglichen es die meisten Filterdesign-Tools dem Benutzer im Allgemeinen, das Filterdesign durch Verändern von Komponentenwerten anzupassen, setzen jedoch voraus, dass der Benutzer ein Filterexperte ist. Zum Beispiel kann es ein derartiges Filterdesign-Tool dem Benutzer ermöglichen, das Verhältnis von Kondensatoren im Design zu verändern oder es kann dem Benutzer eine Stückliste für eine Filterschaltung präsentieren. Typischerweise werden die Komponenten in der Schaltung nicht basierend auf den jeweiligen Anwendungsbedürfnissen des Benutzers ausgewählt. (Anwendungsbedürfnisse werden allgemein in Bezug auf geringes Rauschen, geringen Energieverbrauch, großen Spannungsbereich usw. spezifiziert statt als spezifische Komponentenwerte.) Mit anderen Worten können derartige Tools typische Anwendungsleistungsanforderungen (z. B. Rauschen, Energie, Spannungsbereich) nicht in spezifische Schaltungsspezifikationen, wie Komponentenempfehlungen und Schaltungstopologien umwandeln.
Zum Beispiel ermöglicht es Microchip FilterLab^® 2.0 dem Benutzer, die Schaltungstopologie und Komponentenwerte zu modifizieren. Der Benutzer kann Widerstände, Kondensatoren und die Topologie auswählen. Der Benutzer kann die Auswirkung der Auswahlmöglichkeiten auf die Filterleistung jedoch nicht gleichzeitig sehen, da die Auswahlseite von der Ergebnisanzeigeseite im Fenster der graphischen Benutzerschnittstelle des Tools getrennt ist. In einem anderen Beispiel ermöglicht es das Analog Devices Active Filter Design Tool dem Benutzer, eine spezifische Topologie aus einem Dropdown-Menü auszuwählen und Komponententoleranzen zu spezifizieren. Eine Filterreaktion kann in einer anderen Seite des Fensters angezeigt werden, in der die Komponententoleranz- oder Filtertopologieauswahlmöglichkeiten nicht verfügbar sind. Um die Filterreaktion zu ändern, müsste der Benutzer zurück zu der Auswahlseite gehen und die Werte manipulieren, dann zur Reaktionsseite zurückkehren und die veränderte Filterreaktion ansehen.
In einem weiteren Beispiel bietet das Texas Instruments FilterPro-Filterdesign-Tool eine Seite, die es dem Benutzer ermöglicht, Komponentenwerte direkt in einem Schaltbild zu verändern und die Filterreaktion (z. B. Verstärkung oder Phasengang) auf derselben Seite zu sehen. Das Tool setzt jedoch Fachwissen des Benutzers voraus und stellt keinerlei Optionen bereit, um die Auswirkung der Komponentenwerte auf Rauschen oder Energie oder Spannungsbereiche oder umgekehrt zu bestimmen. Wenn der Benutzer eine Optimierung für Rauschen, Energie usw. wünscht, muss der Benutzer ferner unter Umständen manuell die Komponentenwerte einzeln ändern und jedes Mal die Filterreaktion überprüfen. Alternativ muss der Benutzer unter Umständen Optimierungsalgorithmen in anderen Anwendungen (z. B. Matlab^®) ausführen, die berechneten Werte in das Filterdesign-Tool eingeben und die Reaktion ansehen.
FilterPro bietet eine schematische, informationelle Reaktionskurve in der Filterauswahlseite, bietet jedoch keine interaktive Echtzeitreaktion, die sich mit tatsächlich in die Auswahlseite eingegebenen Filterparametern verändert. FilterPro zeigt außerdem nicht, wie die sich verändernden Komponentenwerte die tatsächliche Filterreaktionsform aufgrund von Interaktionen der Komponenten mit einem echten OP-Verstärker beeinflussen können. FilterPro nimmt einen optimalen OP-Verstärker an, wodurch die Filterreaktionskurven idealistisch sind (oder ein perfektes Szenario des besten Falls annehmen). Filterreaktionen für mehrere Filtertypen können auf einer Filterreaktionsseite angesehen werden und das Auswählen eines spezifischen Filtertyps (z. B. Chebyshev-1 dB-Filter) aus einem Auswahlfeld auf derselben Seite kann die spezifische Reaktionskurve für den ausgewählten Filter hervorheben. Durch Bereitstellen dieser Funktion nimmt das Tool Fachwissen des Benutzers über Filter an, zum Beispiel, dass der Benutzer den Leistungsunterschied zwischen dem Chebyshev-Filter und dem Bessel-Filter (oder jeder beliebigen einen der anderen im Menü bereitstellten Optionen) kennt.
Einige Schaltungsentwicklungs-Tools zum Entwickeln von Stromsystemen, wie WEBENCH^® Power Designer, stellen eine Benutzerschnittstelle bereit, in der Schaltungsreaktionen, Schaltbilder oder andere Informationen auf einer einzigen Seite angesehen werden können. Zum Beispiel beinhaltet der WEBENCH Power Designer ein Bedienungsfeld „Diagramme”, das Graphen von zentralen Betriebswerten (z. B. Effizienz, Arbeitszyklus, Stromstärken, Verlustleistung und Phasenreserve) zeigt, während sie über Eingangsspannung und Laststrom variieren. WEBENCH Power Designer stellt ein Bedienungsfeld „Optimierung” bereit, mit dem das Stromsystemdesign durch das Drehen eines Knopfes für eine kleine Layout-Größe, hohe Effizienz und geringe Kosten optimiert werden kann; die Seite zeigt Graphen von Schlüsselparameter für verschiedene Optimierungseinstellungen, sodass Layout-Größe, Effizienz und Kosten für verschiedene Knopfeinstellungen gleichzeitig angesehen werden können. Der WEBENCH Power Design kann jedoch nicht verwendet werden, um Filter zu entwickeln, einschließlich analoger Filter. Ferner kann der Optimierungsaspekt des WEBENCH Power Designer nicht direkt für Design-Tools für analoge Filter übernommen werden, da sich Optimierungsparameter und Methodologie für analoge Filter stark von denen für Stromsysteme unterscheiden und nicht so simpel (oder so bekannt) sind.
Das Filterdesign-Tool 10 ist konfiguriert, um diese (und andere) Probleme zu lösen, indem es ein interaktiveres und intelligenteres Filterdesignerlebnis bietet. Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können es dem Benutzer ermöglichen, höherrangige Anwendungsparameter zu spezifizieren, die durch Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 in niedrigrangige Feineinstellungen des Filters übersetzt werden können, wodurch der Benutzer kein Fachwissen über Filter mehr haben muss, um das Filterdesign-Tool 10 bedienen zu können. Verschiedene Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können wenigstens drei Optimierungsparameter ermöglichen: (1) Rauschen, (2) Energie und (3) Spannungsbereich. Alle geeigneten Optimierungsparameter können im weiten Umfang der Ausführungsformen verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Filterdesign-Tool 10 Filterparameter 18 des analogen Filters und Anzeigeparameter 29 über die Benutzerschnittstelle 12 empfangen, den analogen Filter gemäß dem in den Filterparametern 18 enthaltenen Optimierungsparameter optimieren und die Designausgabe gemäß den ausgewählten Anzeigeparametern 29 auf der Benutzerschnittstelle 12 anzeigen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Filterdesign-Tool 10 einen anfänglichen (z. B. ursprünglichen) Widerstandswert bestimmen, einen Verstärkungsbandbreitenbereich (GBW-Bereich) berechnen (z. B. Breite des Frequenzbereichs, in dem eine erhebliche Verstärkung verfügbar ist), der für die im Filter verwendeten OP-Verstärker zulässig ist, geeignete OP-Verstärker aus der OP-Verstärkerdatenbank 54 auswählen, Widerstände und Kondensatoren auswählen und die Stufenreihenfolge bestimmen, um ein Filterdesign zu erzeugen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann es das Filterdesign-Tool 10 dem Benutzer ermöglichen, die Filterreaktion hinsichtlich Dämpfung und/oder Phasengang durch Auswählen eines Filtertyps (z. B. Tiefpass, Bandpass usw.) und Auswählen eines Filterreaktionstyps (z. B. Butterworth, Chebyshev usw.) und einer entsprechenden Mehrzahl an Leistungseinschränkungen (z. B. Verstärkung, Durchlassbereichsfrequenz usw.) zu bestimmen. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schieberegler das Auswählen des Filterreaktionstyps im Eingabebereich 14 vereinfachen und gleichzeitig eine Filterreaktion im angrenzenden Anzeigebereich 16 anzeigen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Filterdesign-Tool 10 das Auswählen von Komponenten für den analogen Filter durch manuelles Auswählen von Komponenten oder das Auswählen eines Optimierungsparameters aus einer List von verfügbaren Optimierungsparametern im Eingabebereich 14 erleichtern. Basierend auf ausgewählten Anzeigeparametern 29 kann die Designausgabe im Wesentlichen gleichzeitig im angrenzenden Anzeigebereich 16 angezeigt werden. Einige Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können es dem Benutzer ermöglichen, Komponentenwerte (z. B. die Widerstands- und Kondensatorwerte) anzupassen, um Nichtidealitäten von OP-Verstärkern zu kompensieren. In einigen Ausführungsformen können Schaltungssimulationen im Wesentlichen gleichzeitig mit den Auswahlhandlungen (z. B. direkt im Code des Tools) ausgeführt werden, um die Designausgabe zu berechnen und im Anzeigebereich 16 anzuzeigen.
Ein geeignetes Komponentenobjekt 66 kann mit den Komponenten des Filters verknüpfte Variablennamen und -werte speichern. Zum Beispiel können Widerstandskomponentenwerte von Variablennamen R1, R2, R3, R4, R5 und R6 spezifiziert werden, wobei jede Widerstandsvariablendefinition von dem spezifischen Filterschema abhängt. Kondensatoren können durch Variablennamen C1, C2 und C3 spezifiziert werden, wobei jede Kondensatorvariablendefinition von dem spezifischen Filterschema abhängt. Der OP-Verstärker kann durch die folgenden Variablen spezifiziert werden: Name (z. B. Name des OP-Verstärkers); GBW (Verstärkungs-Bandbreite-Produkt des OP-Verstärkers); Spannungsanstiegsrate (z. B. Anstiegsrate); R_aus (z. B. Ausgabewiderstand des OP-Verstärkers); I_q (z. B. Ruheversorgungsstrom); (Rauschen (z. B. Stromstärkenrauschenspektraldichte); VRauschen (z. B. Spannungsrauschenspektraldichte); Aus_HR+ (z. B. erforderliche Ausgangsspannungsreserve von positiver Versorgung); Aus_HR– (z. B. erforderliche Ausgangsspannungsreserve von negativer Versorgung); Ein_HR+ (z. B. erforderliche Eingangsspannungsreserve von positiver Versorgung); und Ein_HR– (z. B. erforderliche Eingangsspannungsreserve von negativer Versorgung). Andere im Komponentenobjekt 66 gespeicherte Variablen beinhalten Typ (z. B. Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Bandsperre, Verstärkung); und Implementierung (z. B. Sallen-Key, Delyiannis-Friend, erste Ordnung, Mehrfach-Rückkopplung, Verstärkung usw.).
Jede Implementierung kann wie folgt Variablen anzeigen: erste Ordnung (Tiefpass oder Hochpass) kann eine Filterschaltungstopologie mit einem OP-Verstärker R1, C1, R3, R4 anzeigen; Sallen-Key (Tiefpass oder Hochpass) kann eine Filterschaltungstopologie mit einem OP-Verstärker, R1, R2, C1, C2, R3, R4 anzeigen; Mehrfach-Rückkopplungs-Tiefpass kann eine Filtertopologie ohne OP-Verstärker R1, R2, R3, C1, C2 anzeigen; Mehrfach-Rückkopplungs-Hochpass kann eine Filtertopologie ohne OP-Verstärker R1, R2, C1, C2, C3 anzeigen; Delyiannis-Friend-Bandpass kann eine Filtertopologie mit einem OP-Verstärker R1, R2, C1, C2, R3, R4, R5 anzeigen; Delyiannis-Friend-Bandsperre kann eine Topologie mit einem OP-Verstärker R1, R2, C1, C2, R3, R4, R5, R6 anzeigen; und so weiter.
Andere Variablen können abhängig von Typ und Implementierung des verwendeten Filters im Komponentenobjekt 66 gespeichert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 kann bis zu 10 Widerstände, 10 Kondensatoren, 4 OP-Verstärker und 4 Induktoren bereitstellen. Das Komponentenobjekt 66 kann konfiguriert sein, um jede beliebige Anzahl an Komponentenvariablennamen und -werten anzunehmen. Auch andere Variablennamen, -typen und -details können im weiten Umfang der Ausführungsformen im Komponentenobjekt 66 enthalten sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Benutzer eine Veränderung an den Filterparametern 18 vornehmen und gleichzeitig die Auswirkung der Veränderung auf derselben Seite sehen, statt zu einer anderen Seite oder einem anderen Fenster navigieren zu müssen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Eingabebereich 14 dem Benutzer eine oder mehrere Option(en) bereitstellen, die Filterparameter 18 zu verändern. Wie sie hierin verwendet wird, beinhaltet die Bezeichnung „Filterparameter” einen Filtertyp (z. B. Tiefpass, Hochpass usw.), Verstärkung, Mittelfrequenz (z. B. für Bandpass- und Bandsperrefilter), Durchlassbereichsfrequenz, Durchlassbereichsdämpfung, Durchlassbereichsrestwelligkeit, Sperrbereichsfrequenz, Sperrbereichsdämpfung, Filterreaktionstyp (z. B. Butterworth, Chebyshev, Bessel usw.), Optimierungsparameter (z. B. geringes Rauschen, Spannungsbereich, geringer Energieverbrauch), Komponententoleranzen, Auswahl, die Filterreaktion unter Einbeziehung von GBW zu berechnen, OP-Verstärkerspannungsversorgungen, Komponentengröße, Komponentenproduktnahmen, Filterarchitektur (z. B. Topologie) und beliebige andere Parameter, die das Filterdesign und das zugehörige Filterverhalten beeinflussen können.
In verschiedenen Ausführungsformen können Filterparameter 18, die nicht mit den mit den Auswahlen des Benutzers verknüpften Filterreaktionen zusammenhängen, unsichtbar, ausgeschaltet (z. B. ausgegraute) und anderweitig für den Benutzer unzugänglich gemacht werden. Zum Beispiel kann Durchlassbereichsrestwelligkeit für Filterreaktionen vom Typ Butterworth und Bessel ausgeschaltet sein. In einem anderen Beispiel kann Sperrbereichsrestwelligkeit für die meisten Reaktionen ausgeschaltet und für Inverse-Chebyshev- und Elliptic-Filterreaktionstypen eingeschaltet sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform können Filterreaktionstypwahlen (z. B. Chebyshev, Butterworth, Bessel usw.) in ununterbrochener Folge zwischen zwei Spezifizierungen präsentiert werden, die für den Benutzer von Interesse sind. Zum Beispiel kann der Benutzer den Filterreaktionstyp mit einem Schieberegler spezifizieren, wobei der Benutzer leicht Wechselwirkungen sehen kann, statt aus einer Liste von Filterreaktionstypen, wie Chebyshev oder Bessel, auszuwählen. Ein Schieberegler kann von „wenigste Stufen” bis „schnellste Einstellung” bereitgestellt sein. Die beispielhafte Ausführungsform kann die Chebyshev-Topologie verwenden, wenn der Schieberegler auf „wenigste Stufen” eingestellt ist und die Bessel-Topologie, wenn der Schieberegler auf „schnellste Einstellung” eingestellt ist. Ein Zwischenpunkt entlang des Schiebereglers kann für die Butterworth-Topologie stehen.
Alle geeigneten Filterreaktionstypkennzeichnungen können im weiten Umfang der Ausführungsformen im Schieberegler verwendet werden. Beispiele der Filterreaktionstypkennzeichnungen beinhalten „lineare Phase”, „wenigste Komponenten”, „wenigste OP-Verstärker”, „niedrigster Q”, „robusteste Komponententoleranz”, „geringste Restwelligkeit”, „geringstes Überschwingen”, „konstante Gruppenlaufzeit”, „stärkste Dämpfung” usw. In anderen Ausführungsformen können mehr als zwei Dimensionen an den Benutzer bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein „Kompromissdreieck” mit drei verschiedenen Parametern von Interesse statt des eindimensionalen Schiebereglers präsentiert werden. Ferner kann jede beliebige Anzahl von Filterreaktionstypen im weiten Umfang der Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ zu Bessel, Butterworth und Chebyshev-Filtern verwendet werden. Zum Beispiel können Equiripple-, Gauß-, Legendre-Filter elliptische Filter, Inverse-Chebyshev-, Halpern-Filter oder jeder beliebige andere Filtertyp verwendet werden.
Das Filterdesignmodul 20 kann Filterparameter 18 empfangen und dementsprechend einen Filter entwerfen. Die Filterparameter 18 und Anzeigeparameter 29 können für die ordnungsgemäße Wiedergabe der Designausgabe im mit dem entwickelten Filter verknüpften Anzeigebereich 16 verwendet werden. Wie sie hierin verwendet wird, kann die Bezeichnung „Anzeigeparameter” Phasen (z. B. in Grad und Radianten), Sprungantwort, Stufenmerkmale (z. B. Anzahl an Stufen, Frequenzgrenzen und Qualitätsfaktoren), Schaltbilder, Rauschen, Stärke (z. B. Verhältnis von Spannungen oder in Dezibel (dB)), Strom, Spannungsbereich, Gruppenlaufzeit, Phasenlaufzeit, Pole und Nullen, Impulsgänge und jeden beliebigen anderen Filterparameter, der visuell in einem geeigneten Format dargestellt werden kann, beinhalten. Zum Beispiel können die spezifizierten Frequenzgrenzen des Benutzers auf den Graph 36 überlagert werden, um dem Benutzer dabei zu helfen, zu verstehen, wie die Grenzwerte die Filterleistung beeinflussen. Auf den Graph überlagerte beispielhafte Parameter (einschließlich Filterparameter 18 und Anzeigeparameter 29) beinhalten Verstärkung, Durchlassbereichsfrequenz, Durchlassbereichsdämpfung, Durchlassbereichsrestwelligkeit, Sperrbereichsfrequenz, Sperrbereichsrestwelligkeit, Stärkengrenzen bei anderen Frequenzen, minimale oder maximale Grenzwerte in der Phase, minimale oder maximale Grenzwerte bei Phasenlaufzeit, minimale oder maximale Grenzwerte bei Gruppenlaufzeit, minimale oder maximale Grenzwerte bei Sprungantwortzeit usw.
In einigen Ausführungsformen kann die Benutzerschnittstelle 12 eine Mehrzahl an Seiten präsentieren. Die Seiten können konfiguriert sein, um gemäß dem Filterdesignprozess navigierbar zu sein, wie zum Beispiel Auswählen eines Filtertyps, Auswählen von Leistungseinschränkungen und Filterreaktionstyp, Spezifizieren der Optimierungsparameter und Spezifizieren von Komponententoleranzen. Wenn eine Seite, die einen Schritt im Filterdesignprozess anzeigt, in der Benutzerschnittstelle 12 als eine aktive Seite angezeigt wird, kann jede beliebige der Seiten, die vorherige Schritte im Filterdesignprozess umfasst, ausgewählt werden, um als aktive Seite wiedergegeben zu werden. Seiten, die spätere Schritte im Filterdesignprozess umfassen, können jedoch nicht ausgewählt werden, um als die aktive Seite wiedergegeben zu werden, bevor der Schritt in der aktuell aktiven Seite abgeschlossen ist. Demnach kann der Benutzer angehalten sein, den ordnungsgemäßen (z. B. geeigneten, erwünschten, empfohlenen) Filterdesignprozess zu befolgen, während er durch die Mehrzahl an Seiten navigiert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Leistungseinschränkungen und Designausgabe gleichzeitig auf einer Seite angezeigt werden, statt auf zwei verschiedenen Seiten. Der Benutzer kann in der Lage sein, die Designausgabe gleichzeitig mit dem Eingeben von Filterparametern 18 und/oder Anzeigeparametern 29 zu sehen. Zum Beispiel können das Auswählen des Filtertyps, das Eingeben der Filterparameter 18 und Anzeigeparameter 29 und das Ansehen der Designausgabe und/oder andere Darstellungen (z. B. Fehler, Alarme) auf einer einzigen Seite (z. B. in einem Schritt) ermöglicht werden.
In anderen Ausführungsformen können Filterparameter 18 in mehr als einer Seite eingegeben werden und die Designausgabe kann neben einigen der Filterparameter 18 auf einer der Seiten angezeigt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine erste Seite den Eingabebereich 14 ausschließlich anzeigen, um den Filtertyp (z. B. Tiefpass, Hochpass usw.) einzugeben, ohne eine Designausgabe zu präsentieren (z. B. Designausgabe kann nicht dargestellt werden, außer dass und bis ein Filtertyp ausgewählt ist); eine zweite und nachfolgende Seiten können den Eingabebereich 14 und Anzeigebereich 16 aneinander angrenzend präsentieren (z. B. nebeneinander, einer unter dem anderen usw.).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verändern von Anzeigeparametern 29 und/oder Filterparametern 18 veranlassen, dass die Filterleistung neu berechnet und im Anzeigebereich 16 geeignet dargestellt wird. In verschiedenen Ausführungsformen können Filterleistungseinschränkungen auf derselben Seite (oder im selben Fenster, Bildschirm usw.) eingestellt werden, da die Designausgabe so sofort beim Auftreten einer durch einen Benutzer eingegebenen Veränderung (z. B. Eingeben von neuen und/oder aktualisierten Filterparametern 18 und/oder Anzeigeparametern 29) berechnet und an den Benutzer angezeigt werden kann, um Rückmeldung in Echtzeit zu ermöglichen.
Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können auf jeden beliebigen Filtertyp angewendet werden, einschließlich Tiefpass-, Hochpass-, Durchlassbereich-, Bandsperrefilter und alle Passfiltern. Ferner kann das Filterdesign-Tool 10 verwendet werden, um analoge Filter und digitale Filter (z. B. Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR-Filter)) unter anderem mit geeigneter Konfigurierung von Benutzerschnittstelle 12 und Filterdesignmodul 20 zu entwickeln.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Benutzer in jedem beliebigen Schritt des Filterdesignprozesses auf das Hilfemodul 50 zugreifen. Das Hilfemodul 50 kann Informationen präsentieren, die es erleichtern können, den Filterdesignprozess und, je nach Wunsch, andere Aspekte des Filterdesign-Tools 10 zu verstehen. Das Hilfemodul 50 kann Benutzersuchabfragefelder, Textinhalte als Reaktion auf das Klicken des Benutzers auf bestimmte Abschnitte der Benutzerschnittstelle 12, ein(en) durchsuchbares/n Inhaltsverzeichnis oder Index, Informationstipps für einen effizienteren Entwicklungsprozess usw. präsentieren. Jede beliebige geeignete Information, die den Filterdesignprozess oder den Betrieb des Filterdesign-Tools 10 erleichtern kann, kann im Hilfemodul 50 in jedem/r beliebigen geeigneten Format oder Form enthalten sein.
Mit Bezugnahme auf die Infrastruktur des Filterdesign-Tools 10 kann das Filterdesign-Tool 10 auf jedem beliebigen Rechnergerät (z. B. einem Server, Desktop-Computer, Laptop, Smartphone usw.), das mit geeigneter Hardware (z. B. Bildschirm, Monitor usw.) ausgestattet ist, um den Betrieb davon zu erleichtern, implementiert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Filterdesign-Tool 10 mit der Hardware (z. B. Bildschirmen) verknüpft sein, um die hierin beschriebenen Handlungen auszuführen. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 12 auf einem Bildschirm für den Benutzer sichtbar gemacht werden und kann mit anderer Hardware (z. B. Maus, Joystick, Touchscreen, Tastatur), durch die der Benutzer die Filterparameter 18 und die Anzeigeparameter 29 in der Benutzerschnittstelle 12 manipulieren kann, verknüpft sein.
In verschiedenen Ausführungsformen kann sich das Filterdesign-Tool 10 auf einem einzigen Gerät befinden. In anderen Ausführungsformen kann das Filterdesign-Tool 10 über mehrere Geräte in einem Netzwerk verteilt sein, das eine beliebige Anzahl von verknüpften Servern, virtuellen Maschinen, Switches, Routern und anderen Knoten beinhalten kann. Elemente aus 1 können miteinander über eine oder mehrere Schnittstelle(n) gekoppelt sein, die jede beliebige geeignete Verbindung (verkabelt oder kabellos) verwendet/n, die einen funktionsfähigen Pfad für elektronische Kommunikation bereitstellt. Zusätzlich kann/können eins oder mehrere dieser Elemente basierend auf bestimmten Konfigurierungsbedürfnissen kombiniert oder aus der Architektur entfernt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Filterdesign-Tool 10 Anwendungen und Hardware beinhalten, die zusammenarbeiten, um die hierin beschriebenen Handlungen auszuführen. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des Filterdesign-Tools 10 in Hardware implementiert sein und ein anderer Abschnitt kann in Software implementiert sein, zum Beispiel als eine Anwendung. Wie sie hierin verwendet wird, kann die Bezeichnung „Anwendung” eine ausführbare Datei einschließen, die Anweisungen umfasst, die verstanden und auf einem Computer verarbeitet werden können, und kann ferner Bibliotheksmodule, die während der Ausführung geladen wurden, Objektdateien, Systemdateien, Hardwarelogik, Softwarelogik oder beliebige andere ausführbare Module beinhalten.
Es gilt zu beachten, dass die Ziffern- und Buchstabenbezeichnungen, die Elementen aus 1 zugeordnet sind, keine Form von Hierarchie suggerieren; die Bezeichnungen sind willkürlich und wurden lediglich zu Offenbarungszwecken verwendet. Derartige Bezeichnungen sollten in keiner Weise als ihre Möglichkeiten, Funktionalitäten oder Anwendungen in den potenziellen Umgebungen, die von den Merkmalen des Filterdesign-Tools 10 profitieren können, einschränkend ausgelegt werden. Es versteht sich, dass die in 1 dargestellte Architektur zu Beispielzwecken vereinfacht wurde.
Nun zu 2. 2 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Ein Fenster 70 beinhaltet eine erste Seite 72, die einen Eingabebereich 14 zum Auswählen eines Filtertyps und/oder Laden eines vorbereiteten Filterdesigns durch eine entsprechend gekennzeichnete Schaltfläche 74 bereitstellt. Die Schaltflächen 76, 78, 80 oder 82 können es dem Benutzer ermöglichen, einen Tiefpassfilter, Bandpassfilter, Hochpassfilter bzw. Bandsperrefilter auszuwählen. Das Klicken auf die jeweiligen Schaltflächen 76, 78, 80 oder 82 kann relevante Eingabefelder öffnen, um andere geeignete, mit dem ausgewählten Filtertyp verknüpfte Filterparameter 18 einzugeben. In anderen Ausführungsformen kann das Klicken auf entsprechende Schaltflächen 76, 78, 80 und 82 den Benutzer zu der nachfolgenden, für die angeklickte Schaltfläche relevanten Seite bringen, welche Eingabefelder bereitstellen kann, um entsprechende Filterparameter 18 und Anzeigeparameter 29 einzugeben.
Das Fenster 70 kann mehrere Seiten beinhalten, die durch Klicken auf die Registerkarten 84, 86, 88, 90 und 92 ausgewählt werden können. Zum Beispiel kann das Auswählen der Registerkarte 84 die Seite 72 in eine aktive Ansicht bringen, wobei der Eingabebereich 14 und der Anzeigebereich 16 (falls zutreffend) aneinander angrenzend auf der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden können. Seiten, die nicht ausgewählt werden können (die z. B. ausgeschaltet sind), können durch ausgegraute Registerkarten angezeigt werden. Im beispielhaften Screenshot aus der Abbildung können die Registerkarten 86, 88, 90 und 92 („Spezifizierungen”, „Komponentenauswahl”, „Komponententoleranzen” bzw. „Endergebnisse”) zum Beispiel ausgegraut sein, weil das Auswählen von Filterfrequenzen oder das Auswählen von Komponenten usw. unter Umständen nicht möglich ist, ohne zunächst auf Seite 72 einen Filtertyp auszuwählen. Ein anklickbares Artefakt (z. B. ein Pfeil, Text, Icon usw.) 94 kann das Navigieren zum nächsten Schritt des Filterdesignprozesses erleichtern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Benutzer von der aktuellen Seite zu nachfolgenden Registerkarten navigieren, indem er entweder auf das Artefakt 94 (z. B. Weiter- oder Zurück-Schaltflächen unten auf der Seite) klickt oder auf eine entsprechende Registerkarte klickt (z. B. Auswählen von Registerkarten 84, 86, 88, 90, 92). Dem Benutzer ist es unter Umständen nicht erlaubt, die Registerkarte zu verwenden, um zu einer deaktivierten Seite zu springen, außer diese Seite ist nicht ausgegraut (z. B. kann der Benutzer die Registerkarte verwenden, um zur nächsten Seite zu gehen, jedoch nicht zur nächsten Seite +1). Die Registerkarten können ausgegraut sein, außer der Benutzer hat diese Seite bereits besucht. Wenn der Benutzer von der aktuellen Seite zu einer vorab besuchten Seite geht und Werte von Filterparameter 18 im Eingabebereich 14 modifiziert, können in einer beispielhaften Ausführungsform alle nachfolgenden Seiten ausgegraut werden, um anzuzeigen, dass unter Umständen zusätzliche Informationen erforderlich sein können (z. B. muss der Benutzer die Arbeit erneut erledigen).
In einigen Ausführungsformen kann der Benutzer daran gehindert werden, zur nächsten Seite zu gehen, wenn in der aktuellen Seite etwas nicht richtig ist. Derartige Fälle beinhalten Folgendes lediglich als Beispiele und nicht als Einschränkung: (1) kein Typ auf der ersten Seite (z. B. „Typ”-Seite) ausgewählt; (2) Filterreaktion kann auf der zweiten Seite (z. B. „Spezifizierung”-Seite) nicht berechnet werden; (3) Komponenten können auf der dritten Seite (z. B. „Komponentenauswahl”-Seite) nicht berechnet werden; (4) der Benutzer hat „ideal” für beliebige der Steuerungen auf der vierten Seite (z. B. „Komponententoleranzen”-Seite) ausgewählt. In jedem beliebigen der Fälle, in denen der Benutzer nicht fortfahren kann, ohne entsprechende Filterparameter 18 neu einzugeben oder zu berichtigen, kann der Fehler 44 angezeigt werden, wenn der Benutzer versucht, das Artefakt 94 (oder Registerkarten) zu verwenden, um zu einer nächsten Seite überzugehen. In einigen Ausführungsformen kann Text 52 in Form eines Cursor-Streifens mit den gleichen Informationen angezeigt werden, wenn sich der Mauszeiger über dem Artefakt 94 befindet. Wenn der Benutzer nicht daran gehindert, zu einer Seite zu wechseln, kann das Artefakt 94 in einigen Ausführungsformen Text anzeigen, wenn sich der Mauszeiger über dem Artefakt befindet, der die Zielseite angibt, auf der der Benutzer landen kann, wenn das Artefakt 94 ausgewählt wird.
Nun zu 3. 3 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen anderen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Seite 96 kann Leistungseinschränkungen anzeigen, die in den Eingabebereich 14 eingegeben werden sollen. Zum Beispiel können Verstärkung, Frequenz usw. in entsprechende Felder auf Seite 96 eingegeben werden. Die eingegebenen Parameter und zugehörigen Werte können in Filterparameter 18 zusammengefasst werden. Eine Kennzeichnung 98 kann den Benutzer über auf den vorherigen Seiten ausgewählte Filterparameter 18 informieren (z. B. Tiefpassfiltertyp). Ein Schieberegler 100 im Eingabebereich 14 kann das Auswählen eines geeigneten Filterreaktionstyps erleichtern. Der Schieberegler 100 kann eine Mehrzahl an auswählbaren Optionen aufweisen, die als ein fortlaufender Streifen von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende angezeigt werden. Die Platzierung des Schiebereglers auf dem Streifen kann auf einen spezifischen Filterreaktionstyp hinweisen.
Die Auswahlmöglichkeiten auf dem Schieberegler können die Filterarchitektur und andere Merkmale beeinflussen, wie zum Beispiel ob die Durchlassbereichsrestwelligkeitssteuerung 102 ausgegraut ist. Wenn sich der Schieberegler zum Beispiel an einem ersten Ende befindet, das mit „wenigste Stufen” gekennzeichnet ist, kann der Filterreaktionstyp einem Chebyshev-Filter entsprechen und die Durchlassbereichsrestwelligkeitssteuerung 102 kann nicht ausgegraut sein; wenn sich der Schieberegler ungefähr in der Mitte befindet, kann die Filterreaktion einen Butterworth-Filter anzeigen und die Durchlassbereichssteuerung 102 kann ausgegraut sein; wenn sich der Schieberegler am zweiten Ende befindet, das als „schnellste Einstellung” gekennzeichnet ist, kann der Filterreaktionstyp einem Bessel-Filter entsprechen und die Durchlassbereichsrestwelligkeitssteuerung 102 kann ausgegraut sein.
Derartige Filterreaktionstypauswahlmöglichkeiten können das Filterdesign-Tool 10 veranlassen, eine Anzahl von Stufen (und Schaltbilder ohne spezifische Komponentenwerte) des zu entwerfenden Filters unter Verwendung zahlreicher im Stand der Technik bekannter Algorithmen und Verfahren zu berechnen. In den beispielhaften Ausführungsformen in der Abbildung kann das Eingeben von geeigneten Filterparametern 18 in der „Typ”-Seite und der „Spezifizierungen”-Seite die Einschränkungen für das Optimierungsproblem erzeugen. Verschiedene andere Auswahlmöglichkeiten können im weiten Umfang der Ausführungsformen implementiert sein.
Der Anzeigebereich 16 kann basierend auf im Eingabebereich 14 eingegebenen Filterparametern 18 eine Designausgabe (z. B. Frequenzreaktion 104) anzeigen. Ein anderer Eingabebereich 14 kann das Eingeben der Anzeigeparameter 29 erleichtern. In dem beispielhaften Bildschirm können Anzeigeparameter 29 aus einem Dropdown-Menü mit Stärke, Phase, Gruppenlaufzeit usw. ausgewählt werden. Das Verändern der Filterparameter 18 auf der Seite 96 kann eine entsprechend andere Designausgabe im Anzeigebereich 16 auf derselben Seite 96 ergeben. Der Benutzer kann gleichzeitig die Designausgabe ansehen und die Eingabeparameter auf derselben Seite manipulieren. Im beispielhaften Screenshot aus der Abbildung wird die Filterfrequenzreaktion 104 als Graph 36 mit geeigneten Legenden, Achsen und anderen graphischen Merkmalen angezeigt.
Nun zu 4A–4C. 4A–4B sind vereinfachte Diagramme, die beispielhafte Screenshots einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigen. In 4A ist der Anzeigeparameter 29 auf „Phase (°)” eingestellt. Die Filterfrequenzantwort 104 zeigt dementsprechend die Phase in Grad, die den auf Seite 96 eingegebenen Filterparametern 18 entsprechen. In 4B ist der Anzeigeparameter 29 auf „Sprungantwort” geändert worden. Die Filterfrequenzreaktion 104 verändert dementsprechend die Sprungantwort, die den auf Seite 96 eingegebenen Filterparametern 18 entspricht.
In 4C ist der Anzeigeparameter 29 auf „Stufen” eingestellt. Der Anzeigebereich 16 zeigt daraufhin die Designausgabe als ein Blockdiagramm 40 an, das die drei Stufen der Filterentwicklung, die den auf Seite 96 eingegebenen Filterparametern 18 entspricht, anzeigt. Informationen, die sich auf die Stufen im entwickelten Filter beziehen, können als Stufeninformationen 106 angezeigt werden. Die Stufeninformationen 106 können zum Beispiel anzeigen, dass jede Stufe einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung umfasst. Zielspezifizierungen 108 für jede Stufe können unter den Stufeninformationen 106 angezeigt werden. Ein relativ vereinfachtes Filterreaktionsdiagramm 110 kann ebenfalls unter den Stufeninformationen 106 angezeigt werden. Das Verändern der Filterparameter 18 auf Seite 96 kann entsprechend die Stufeninformationen 106 (einschließlich der Anzahl an Stufen), die Zielspezifizierungen 108 und das Filterreaktionsdiagramm 110 verändern. Das Artefakt 94 kann ausgewählt werden, um zum nächsten Schritt des Filterdesignprozesses (z. B. Komponentenauswahl) fortzufahren.
Nun zu 5. 5 ist eine beispielhafte Tabelle 112, die bestimmte beispielhafte Grenzwerte der Filterparameter 18 für einen Tiefpassfilter gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 anzeigt. Wenn der Benutzer Werte eingibt, die außerhalb der in Tabelle 112 angegebenen Grenzwerte liegen, können Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 den Fehler 44 anzeigen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Anzeigebereich 16 angezeigt werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Fensterbereich 17 der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden. Das Filterdesignmodul 20 kann weitere Design- oder Anzeigeberechnungen stoppen, wenn eine Fehlernachrichtbedingung vorliegt.
Beispiele für den Fehler 44 beinhalten: (1) eingegebener Restwelligkeitswert ist größer als der Gesamtwert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. („Durchlassrestwelligkeit sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsrestwelligkeit und Durchlassbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden; (2) Sperrbereichsfrequenz ist geringer als oder gleich der Durchlassbereichsfrequenz; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Durchlassbereichsfrequenz sollte geringer sein als Sperrbereichsfrequenz”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsfrequenz und Sperrbereichsfrequenz können rot werden) dargestellt werden; (3) absoluter Wert von Sperrbereichsdämpfung ist geringer als oder gleich dem absoluten Wert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Sperrbereichsdämpfung sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsdämpfung und Sperrbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden. Verschiedene andere Fehlerformate, Bedingungen und Anzeigen können im weiten Umfang der Ausführungsformen enthalten sein.
Nun zu 6. 6 ist eine beispielhafte Tabelle 114, die bestimmte beispielhafte Grenzwerte der Filterparameter 18 für einen Hochpassfilter gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Wenn der Benutzer Werte eingibt, die außerhalb der in Tabelle 114 aufgeführten Grenzwerte liegen, können Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 den Fehler 44 anzeigen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Anzeigebereich 16 angezeigt werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Fensterbereich 17 der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden. Das Filterdesignmodul 20 kann weitere Design- oder Anzeigeberechnungen stoppen, wenn eine Fehlernachrichtbedingung vorliegt.
Beispiele für den Fehler 44 beinhalten: (1) eingegebener Restwelligkeitswert ist größer als der Gesamtwert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Durchlassbereichsrestwelligkeit sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsrestwelligkeit und Durchlassbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden; (2) Sperrbereichsfrequenz ist größer als oder gleich der Durchlassbereichsfrequenz; Fehler 44 kann als Text (z. B. („Durchlassbereichsfrequenz sollte höher sein als Sperrbereichsfrequenz”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsfrequenz und Sperrbereichsfrequenz können rot werden) dargestellt werden; (3) absoluter Wert von Sperrbereichsdämpfung ist geringer als oder gleich dem absoluten Wert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. („Sperrbereichsdämpfung sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsdämpfung und Sperrbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden. Verschiedene andere Fehlerformate, Bedingungen und Anzeigen können im weiten Umfang der Ausführungsformen enthalten sein.
Nun zu 7. 7 ist eine beispielhafte Tabelle 116, die bestimmte beispielhafte Grenzwerte der Filterparameter 18 für einen Bandpassfilter gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 anzeigt. Wenn der Benutzer Werte eingibt, die außerhalb der in Tabelle 116 aufgeführten Grenzwerte liegen, können Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 den Fehler 44 anzeigen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Anzeigebereich 16 angezeigt werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Fensterbereich 17 der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden. Das Filterdesignmodul 20 kann weitere Design- oder Anzeigeberechnungen stoppen, wenn eine Fehlernachrichtbedingung vorliegt.
Beispiele für den Fehler 44 beinhalten: (1) eingegebener Restwelligkeitswert ist größer als der Gesamtwert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Durchlassbereichsrestwelligkeit sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsrestwelligkeit und Durchlassbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden; (2) Sperrbereichsfrequenz ist größer als oder gleich der Durchlassbereichsfrequenz; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Durchlassbereichsfrequenz sollte höher sein als Sperrbereichsfrequenz”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsfrequenz und Sperrbereichsfrequenz können rot werden) dargestellt werden; (3) absoluter Wert von Sperrbereichsdämpfung ist geringer als oder gleich dem absoluten Wert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Sperrbereichsdämpfung sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsdämpfung und Sperrbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden. Verschiedene andere Fehlerformate, Bedingungen und Anzeigen können im weiten Umfang der Ausführungsformen enthalten sein.
Nun zu 8. 8 ist eine beispielhafte Tabelle 118, die bestimmte beispielhafte Grenzwerte der Filterparameter 18 für eine Bandsperre gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Wenn der Benutzer Werte eingibt, die außerhalb der in Tabelle 118 aufgeführten Grenzwerte liegen, können Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 den Fehler 44 anzeigen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Anzeigebereich 16 angezeigt werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Fehler 44 im Fensterbereich 17 der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden. Das Filterdesignmodul 20 kann weitere Design- oder Anzeigeberechnungen stoppen, wenn eine Fehlernachrichtbedingung vorliegt.
Beispiele für Fehler 44 beinhalten: (1) eingegebener Restwelligkeitswert ist größer als der Gesamtwert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Durchlassbereichsrestwelligkeit sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsrestwelligkeit und Durchlassbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden; (2) Sperrbereichsfrequenz ist größer als oder gleich der Durchlassbereichsfrequenz; Fehler 44 kann als Text (z. B. „Durchlassbereichsfrequenz sollte höher sein als Sperrbereichsfrequenz”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsfrequenz und Sperrbereichsfrequenz können rot werden) dargestellt werden; (3) absoluter Wert von Sperrbereichsdämpfung ist geringer als oder gleich dem absoluten Wert der Durchlassbereichsdämpfung; Fehler 44 kann als Text (z. B. („Sperrbereichsdämpfung sollte geringer sein als Durchlassbereichsdämpfung”) und Farben (z. B. numerische Werte für Durchlassbereichsdämpfung und Sperrbereichsdämpfung können rot werden) dargestellt werden. Verschiedene andere Fehlerformate, Bedingungen und Anzeigen können im weiten Umfang der Ausführungsformen enthalten sein.
Nun zu 9. 9 ist eine beispielhafte Tabelle 120, die bestimmte beispielhafte vorgegebene Werte der Filterparameter 18 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 anzeigt. Wenn die Seite „Spezifizierung” (z. B. Seite 96) zum ersten Mal in einem Filterdesignprozess eingegeben wird (z. B. der Benutzer gibt die Filterparameter 18 ein, ohne einen vorgegebenen Filter zu verwenden), können die in Tabelle 120 angezeigten beispielhaften Standardwerte verwendet werden und dementsprechend im Eingabebereich 14 der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden. Der Benutzer kann die Filterparameter 18 basierend auf den Anwendungsbedürfnissen des Benutzers auf geeignete Art modifizieren.
Wenn der Benutzer die Seite „Spezifizierungen” von der vorigen Seite eingibt und Parameter von einem vorab entwickelten Filter geladen hat, können die geeigneten Werte vom vorab entwickelten Filter im Eingabebereich 14 der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden. Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können zuletzt verwendete Zustände (z. B. Filterparameter 18, Anzeigeparameter 29 usw.) zur zukünftigen Hinzuziehung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform speichern. In einigen Ausführungsformen können zuletzt verwendete Zustände nur für die Sitzung gespeichert werden; in anderen Ausführungsformen können zuletzt verwendete Zustände auch gespeichert werden, nachdem das Fenster 70 geschlossen wurde (z. B. wenn die Anwendung des Filterdesign-Tools 10 geschlossen wird).
Nun zu 10. 10 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Die Seite 122 kann angezeigt werden, wenn der Benutzer auf die Registerkarte 88 (z. B. „Komponentenauswahl”) klickt oder auf das entsprechende Artefakt (z. B. Artefakt 94) von der vorherigen Seite (z. B. Seite „Spezifizierungen” 96) klickt. Im beispielhaften Screenshot wurde der Anzeigeparameter 29 auf Stufen gestellt, sodass er das Blockdiagramm 40 im Anzeigebereich 16 anzeigt. Der Eingabebereich 14, die OP-Verstärkerversorgungs- und Optimierungsparameter 124 können vom Benutzer eingegeben werden. Zum Beispiel kann der Benutzer die Optimierung für den Spannungsbereich oder geringeren Energieverbrauch oder geringes Rauschen usw. auswählen. Der Benutzer kann außerdem wählen, die Optimierungsfunktion zu umgehen und spezifische Komponenten einzugeben.
Nun zu 11A–11B. 11A–11B sind vereinfachte Diagramme, die beispielhafte Screenshots einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigen. Das Auswählen von „Schaltung” als Anzeigeparameter 29 kann das Schaltbild 32 im Anzeigebereich 16 von Seite 122 anzeigen. Stufeninformationen 106 können außerdem gleichzeitig mit dem Schaltbild 32 angezeigt werden. Das Auswählen von „Spannungsbereich” als Optimierungsparameter 124 auf Seite 122 kann das Filterdesign-Tool 10 veranlassen, geeignete Komponentenwerte 126 des Filters zu berechnen. In der Abbildung sind bestimmte Komponenten zu Beispielzwecken hervorgehoben und als Komponentenwerte 126 gekennzeichnet; es gilt zu beachten, dass beliebige oder alle der im Filter verwendeten Komponentenwerte in den Komponentenwerten 126 enthalten sein können. Wenn der Benutzer die Optimierungsparameter 124 auf „geringes Rauschen” ändert, wie in 11B dargestellt, kann das Filterdesign-Tool 10 die Komponentenwerte 126 neu berechnen und das Schaltbild 32 entsprechend modifizieren.
Nun zu 12A–12C. 12A–12C sind vereinfachte Diagramme, die beispielhafte Screenshots einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigen. Das Auswählen von „Spezifische Komponenten” als Optimierungsparameter 124 kann zusätzliche Stufenauswahlmöglichkeiten 128 anzeigen. Das Anklicken oder anderweitige Auswählen jeder Stufe kann die Auswahlmöglichkeiten so erweitern, dass sie zusätzliche Eingabemöglichkeiten 130 anzeigen, wie in 12B dargestellt. Zum Beispiel können die Architektur des Filters, die spezifische OP-Verstärkerauswahl und Komponentengröße von Standardwerten (oder vorab gespeicherten Werten) ausgewählt oder abgeändert werden. Der jeweilige ausgewählte OP-Verstärker kann auf geeignete Art verändert werden, zum Beispiel durch Auswählen einer Schaltfläche 132 „Ändern”.
Das Auswählen der Schaltfläche „Ändern” 132 kann den Fensterbereich 17 öffnen, wie in 12C dargestellt. Der Fensterbereich 17 kann so angezeigt werden, dass er in einer beispielhaften Ausführungsform die Seite 122 überlappt und die Seite 122 unzugänglich macht. Der Fensterbereich 17 kann verschiedene verfügbare OP-Verstärkerauswahlmöglichkeiten an den Benutzer anzeigen, zum Beispiel in Form einer Liste. Die OP-Verstärkerliste kann aus der OP-Verstärkerdatenbank 54 abgeleitet sein. Der Benutzer kann einen oder mehrere Verstärker auswählen, indem er den gewünschten Artikel aus der Liste auf geeignete Art und Weise hervorhebt und eine Schaltfläche „Auswählen” 134 anklickt. Der Auswahlprozess kann durch Anklicken der Schaltfläche „Abbrechen” 136 abgebrochen werden.
Die an den Benutzer dargestellte Liste kann jedes beliebige geeignete Format aufweisen. Die beispielhafte, in der Abbildung dargestellte Liste zeigt die Verstärkungsbandbreite und minimale und maximale Versorgungsspannungsspezifizierungen für jeden aufgeführten OP-Verstärker. Ein Abschnitt 138 des Fensterbereichs 17 kann die Filterstufenanforderungen bereitstellen, um dem Benutzer beim Auswählen eines geeigneten OP-Verstärkers zu helfen. Durch das Auswählen des OP-Verstärkers kann der Fensterbereich 17 geschlossen werden und die Benutzerschnittstelle 12 kann die Seite 122 anzeigen, die die ausgewählten OP-Verstärker in den geeigneten Abschnitten zeigt. Das Filterdesignmodul 20 kann die Komponentenwerte basierend auf dem ausgewählten OP-Verstärker neu berechnen und das Schaltbild 32 kann auch entsprechend modifiziert werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Schaltfläche „Ändern” 132 ein Dropdown-Menü, das die Liste der OP-Verstärker präsentieren kann, im Fensterbereich 17 öffnen statt in einem separaten Fensterbereich 17, der die Seite 122 unzugänglich macht. Verschiedene andere Auswahlverfahren können im weiten Umfang der Ausführungsformen bereitgestellt werden.
Nun zu 13. 13 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Das Auswählen von „Rauschen” als Anzeigeparameter 29 auf Seite 122 kann dafür sorgen, dass die Filterfrequenzreaktion 104, die spektrale Rauschdichte umfasst, angemessen angezeigt wird. Ein erläuternder Text 140 und zusätzliche Eingabeauswahlmöglichkeiten können gleichzeitig angezeigt werden. Der erläuternde Text 140 kann so platziert sein, dass er die Designausgabeanzeige nicht überlappt.
14 ist die Abbildung eines vereinfachten Diagramms, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Durch Auswählen von Registerkarte 90 kann die Seite 142 angezeigt werden. Der Benutzer kann Komponententoleranzen 144 für Widerstände, Kondensatoren und OP-Verstärker eingeben. Das Auswählen eines geeigneten Anzeigeparameters 29 kann veranlassen, dass eine entsprechende Filterfrequenzreaktion 104 angezeigt wird, die die Variation (oder Verteilung) als Reaktion mit den Toleranzen durch einen gekennzeichneten Bereich 146 anzeigt. Der gekennzeichnete Bereich 146 kann in einer anderen Farbe oder einem anderen Format angezeigt werden, um zu zeigen, dass er Variationen im Filterverhalten aufgrund der Komponententoleranzen repräsentiert. Das Verändern des Komponententoleranzwertes kann die Größer und/oder den Umfang des gekennzeichneten Bereichs 146 entsprechend verändern.
Nun zu 15. 15 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 in einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Der Benutzer kann Komponententoleranzen 144 für Widerstände, Kondensatoren und OP-Verstärker eingeben. Das Auswählen von „Stufen” als Anzeigeparameter 29 kann die Stufen als Blockdiagramm 40 anzeigen. Die Variation (oder Verteilung) der Reaktion für jede Stufe kann durch entsprechende gekennzeichnete Bereiche 146 angezeigt werden. Der gekennzeichnete Bereich 146 im Blockdiagramm kann in einigen Ausführungsformen lediglich zu informativen Zwecken dienen. In anderen Ausführungsformen können gekennzeichnete Bereiche 146 im Blockdiagramm 40 tatsächliche Variationen in der Filterleistung mit den Komponententoleranzen anzeigen.
Nun zu 16A–16B. 16A–16B sind vereinfachte Diagramme, die beispielhafte Screenshots einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigen. In jeder Stufe im Filterdesignprozess kann der Benutzer „Hilfe” oder ähnliche Informationsauswahlmöglichkeiten auswählen, die einen Fensterbereich 17 öffnen können, der Text 52 anzeigt. Der Text 52 kann Informationen beinhalten, wie den Filterdesignprozessüberblick, das Tool-Benutzerhandbuch usw. In einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 16A dargestellt, kann der Fensterbereich 17 angezeigt werden, wodurch die Seite dahinter unzugänglich wird (z. B. ausgegraut wird). In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wie in 16B dargestellt, kann der Fensterbereich 17 als ein kleineres Kästchen im Vordergrund der aktiven Seite angezeigt werden, zum Beispiel wenn der Benutzer eine Kennzeichnung „Was ist das” 148 auf der Seite auswählt.
Nun zu 17. 17 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Das Anklicken (oder Schweben über oder anderweitiges Auswählen) eines Alarm-Icons 150 kann einen Alarm 48 öffnen, um den Benutzer auf geeignete Art zu informieren, zum Beispiel um Informationen oder potenzielle Entwicklungshürden anzuzeigen usw. In der in der Abbildung dargestellten Ausführungsform kann der Alarm 48 als ein hervorgehobenes Textkästchen angezeigt werden. Verschiedene andere Formate und Anzeigemodi können im weiten Umfang der Ausführungsformen verwendet werden.
Nun zu 18. 18 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Jegliche Fehlermeldungen können in der Benutzerschnittstelle 12 geeignet als Fehler 44 angezeigt werden. Zum Beispiel kann der Fehler 44 im Fensterbereich 17 geöffnet werden, um einen Fehler anzuzeigen. Der Fehler 44 kann geeigneten Text beinhalten, um die Art des Fehlers anzuzeigen, und, wenn möglich, dem Benutzer Optionen präsentieren, um den Fehler zu beheben. In dem in der Abbildung dargestellten Beispiel zeigt der Fehler 44 an, dass die OP-Verstärkerauswahlmöglichkeiten fehlerhaft waren, und er präsentiert dem Benutzer Auswahlmöglichkeiten, um die OP-Verstärker durch geeignete anklickbare Schaltflächen zu wechseln. In anderen Ausführungsformen kann der Fehler 44 je nach Bedarf mit der Designausgabe angezeigt werden. Alle geeigneten Anzeigeformate können im weiten Umfang der Ausführungsformen für den Fehler 44 verwendet werden.
Nun zu 19. 19 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Das Auswählen der Registerkarte 92 kann die Seite 152 auf der Benutzerschnittstelle 12 anzeigen, die die abschließenden Ergebnisse des Filterdesignprozesses zeigt. Dem Benutzer kann es erlaubt sein, das Filterdesign durch Auswählen des Kästchens 154 zu speichern. Das Anklicken (oder anderweitige Auswählen der zu speichernden Option) kann geeignete Fenster öffnen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, Dateinamen, Speicherorte usw. einzugeben. Der Benutzer kann die Designdateien (z. B. SPICE-Dateien) für den entwickelten Filter durch Auswählen des Kästchens 156 („Designdateien abrufen”) abrufen. Das Auswählen des Kästchens 158 („Evaluierungsboard bestellen”) kann es dem Benutzer ermöglichen, ein Evaluierungsboard zu bestellen, um den entwickelten Filter zu testen. Das Auswählen des Kästchens 160 („Teilen”) kann es dem Benutzer ermöglichen, das Filterdesign mit Kollegen zu teilen. Zum Beispiel kann das Schaltbild in eine Bilddatei umgewandelt und per E-Mail an ausgewählte Kollegen versendet werden. In einem anderen Beispiel kann eine Verknüpfung mit den Designdateien in der E-Mail enthalten sein, um es den ausgewählten Kollegen zu ermöglichen, das Filterdesign-Tool 10 zu öffnen und den entwickelten Filter anzusehen. Verschiedene andere mit dem endgültigen Filterdesign verknüpfte Optionen können dem Benutzer im weiten Umfang der Ausführungsformen angezeigt werden.
Nun zu 20. 20 ist ein vereinfachtes Diagramm, das einen beispielhaften Screenshot einer beispielhaften Benutzerschnittstelle 12 gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Das Auswählen des Kästchens 158 kann den Fensterbereich 17 öffnen, der verfügbare Evaluierungsboards anzeigen kann, die bestellt werden können. Das Filterdesign-Tool 10 kann auf eine Inventardatenbank zugreifen und verfügbare Evaluierungsboards aufrufen, ob sie auf Lager sind, ihre Preise und andere relevante Informationen, um dem Benutzer zu helfen, ein geeignetes Evaluierungsboard auszuwählen.
Nun zu 21. 21 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfigurierung gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Ein Server 170 kann mit einem Client 172 kommunizieren, der durch einen Benutzer 174 (z. B. von einem Benutzer) betrieben werden kann. Eine Filterdesign-Tool-Anwendung 176 kann auf einem Server 170 gehostet werden und eine Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 kann auf dem Client 172 angezeigt werden. Zum Beispiel kann eine Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 ein Webbrowser sein, über den der Benutzer 174 mit dem Filterdesign-Tool 10 interagiert.
Im allgemeinen Sinn beschreibt das Client/Server-Modell eine Beziehung zwischen zwei Computerprogrammen, in der ein Programm, der Client, eine Dienstanfrage an ein anderes Programm, den Server, stellt, das die Anfrage erfüllt. Das Client/Server-Modell kann von Programmen mit einem einzigen Computer (oder Rechnergerät) und in einem Netzwerk verwendet werden. In einem Netzwerk stellt das Client/Server-Modell einen praktischen Weg bereit, Programme miteinander zu verbinden, die effizient über verschiedene Standorte verteilt sind.
Der Benutzer 174 kann die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 durch geeignete Befehle öffnen (oder anderweitig auf sie zugreifen). Zum Beispiel kann der Benutzer 174 in einem Webbrowser einen einheitlichen Quellenanzeiger (Uniform Resource Locator, URL) eingeben, der der Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 entspricht. Der Client 172 kann die Anfrage an den Server 170 kommunizieren, der den Client 172 anweisen kann, die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 entsprechend zu öffnen und anzuzeigen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Benutzer 174 die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 auswählen (z. B. durch Doppelklicken) und öffnen. Die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 kann den Client 172 veranlassen, eine Kommunikation mit der Filterdesign-Tool-Anwendung 176 auf dem Server 170 zu öffnen.
Der Benutzer 174 kann Benutzereingaben (z. B. Filterparameter 18 und Anzeigeparameter 29) in der Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 eingeben. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 eine Berechnung 180 ausführen und die Tool-Ausgabe (z. B. Designausgabe) entsprechend anzeigen. Die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 kann eine Netzwerkverbindung mit der Filterdesign-Tool-Anwendung 176 herstellen und relevante Dateien und andere Informationen davon aufrufen. Die Dateien und anderen Informationen können lokal auf einem Client 172 gespeichert sein. Die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 kann als Reaktion auf verschiedene Benutzereingaben eine Berechnung 180 ausführen und die Designausgabe entsprechend anzeigen. Demzufolge, wenn die Netzwerkverbindung mit dem Server 170 unterbrochen, abgeschaltet oder anderweitig gestört ist, kann die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 unter Umständen keinerlei Leistungsverluste erfahren und damit fortfahren, die Berechnung 180 wie vorher auszuführen.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 aktiv mit der Filterdesign-Tool-Anwendung 180 zusammenarbeiten. Die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 kann die Benutzereingabe an den Server 170 kommunizieren. Die Filterdesign-Tool-Anwendung 176 kann die Berechnung 180 ausführen und die Ergebnisse zurück an den Client 172 kommunizieren. Der Client 172 kann daraufhin das Ergebnis (z. B. die Designausgabe) auf der Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 anzeigen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 eine Berechnung 180 ausführen, wobei die Berechnung 180 von der Filterdesignanwendung 176 auf dem Server 170 ausgeführt werden kann.
Wenn die Filterdesign-Tool-Benutzerschnittstelle 178 die Berechnung 180 ausführt, können die Ergebnisse fast augenblicklich angezeigt werden; wenn die Filterdesign-Tool-Anwendung 176 die Berechnung 180 ausführt, können die Ergebnisse gemäß den Kommunikationsbedingungen zwischen dem Client 172 und dem Server 170 angezeigt werden. Wenn die Netzwerkverbindung zwischen Client 172 und Server 170 eine erhebliche Latenz und Verkehrsbelastung aufweist, können die Ergebnisse verzögert auf dem Client 172 an den Benutzer 174 angezeigt werden.
In der in der Abbildung dargestellten netzwerkbasierten Implementierung kann das Filterdesign-Tool 10 eine Konfigurierung beinhalten, die Übertragungssteuerungsprotokoll-/Internetprotokoll-(TCP/IP)-Kommunikationen für die elektronische Übertragung oder den Empfang von Datenpaketen in einem Netzwerk ermöglicht. Das Filterdesign-Tool 10 kann ja nach Fall und basierend auf bestimmten Anforderungen auch in Verbindung mit einem Benutzerdatensegmentprotokoll/Internetprotokoll (UDP/IP) oder jedem beliebigen anderen geeigneten Protokoll arbeiten. Zusätzlich können Gateways, Router, Switches und beliebige andere geeignete Knoten (physisch oder virtuell) verwendet werden, um die elektronische Kommunikation zwischen verschiedenen Knoten im Netzwerk zu ermöglichen.
Die Netzwerkumgebung kann über eine physische Infrastruktur konfiguriert sein, die ein oder mehrere Netzwerk(e) beinhalten kann, und kann ferner in jeder beliebigen Form konfiguriert sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf: LANs, kabellose lokale Netzwerke (WLAN), VLANs, regionale Netzwerke (Metropolitan Area Network, MAN), Weitverkehrsnetzwerke (Wide Area Networks, WANs), VPNs, Intranet, Extranet, jede(s) beliebige andere geeignete Architektur oder System oder jede beliebige Kombination davon, die Kommunikationen in einem Netzwerk erleichtert. In einigen Ausführungsformen kann eine Kommunikationsverknüpfung eine beliebige elektronische Verknüpfung repräsentieren, die eine LAN-Umgebung unterstützt, wie zum Beispiel Kabel, Ethernet, kabellose Technologien (z. B. IEEE 802.11x), ATM, Faseroptik usw. oder jede beliebige geeignete Kombination davon. In anderen Ausführungsformen können Kommunikationsverknüpfungen eine Remote-Verbindung durch jedes beliebige geeignete Medium (z. B. digitalen Teilnehmeranschluss (DSL), Telefonleitungen, T1-Leitungen, T3-Leitungen, kabellos, Satellit, Faseroptik, Kabel, Ethernet usw. oder eine beliebige Kombination davon) und/oder durch beliebige zusätzliche Netzwerke, wie Weitverkehrsnetzwerke (z. B. das Internet) darstellen.
Nun zu 22. 22 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfigurierung gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Gemäß der beispielhaften Konfigurierung können die Filterdesign-Tool-Anwendung 176 und die Filterdesign-Tool-Schnittstelle 178 auf dem Gerät 184 gehostet (oder aufgerufen werden). Das Gerät 184 kann jedes beliebige geeignete Rechnergerät (z. B. Computer, Server, Smartphone usw.) sein, das Rechenleistung (z. B. Prozessoren, Speicher usw.) aufweist, um von der Filterdesign-Tool-Anwendung 176 und der Filterdesign-Tool-Schnittstelle 178 bereitgestellte Anweisungen auszuführen und zu veranlassen, dass die Designausgabe und andere Informationen auf einem für den Benutzer 174 zugänglichen (oder allgemein verständlichen) Bildschirm angezeigt werden. Der Benutzer 174 kann die Filterdesign-Tool-Schnittstelle 178 öffnen und Filterparameter, Anzeigeparameter usw. eingeben und allgemein mit der Filterdesign-Tool-Schnittstelle 178 interagieren. Die Berechnung 180 kann von der Filterdesign-Tool-Anwendung 176 im Gerät 184 ausgeführt werden.
Nun zu 23. 23 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das beispielhafte Handlungen zeigt, die mit Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sind. Die Handlungen 190 beinhalten 192, in der die Filterparameter 18 an der Benutzerschnittstelle 12 empfangen werden. Die Filterparameter 18 beinhalten einen Optimierungsparameter (z. B. Rauschen, Energie, Spannungsbereich usw.). In 194 kann ein Filter entwickelt werden, der für den Optimierungsparameter optimiert wurde. In 196 kann der Anzeigeparameter 29 empfangen werden. In 198 kann eine Designausgabe (z. B. Filterfrequenzantwort 104, Schaltbild 32, Blockdiagramm 40 usw.) auf geeignete Art in der Benutzerschnittstelle 12 angezeigt werden.
Nun zu 24. 24 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das beispielhafte Handlungen zeigt, die mit Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sind. Die Handlungen 200 beinhalten 212, in der ein anfänglicher (z. B. ursprünglicher) Widerstandswert vom Filterdesignmodul 20 bestimmt werden kann. In 212 kann ein für die OP-Verstärker (für jede Stufe) zulässiger Verstärkungsbandbreitenbereich berechnet werden. Der Verstärkungsbandbreitenbereich kann aus den in den Filterparametern 18 bereitgestellten Filterspezifikationen berechnet werden. In 214 kann das Filterdesignmodul 20 einen geeigneten OP-Verstärker aus der OP-Verstärkerdatenbank 54 auswählen, der dem in der vorherigen Handlung unter 212 berechneten Verstärkungsbandbreitenbereich entspricht.
In 216 können geeignete Widerstände und Kondensatoren ausgewählt werden (z. B. können Komponentenwerte berechnet werden). Widerstands- und Kondensatorwerte können auf den vom Benutzer ausgewählten Optimierungsparametern basieren. Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können kleine Widerstände und größere Kondensatoren auswählen, wenn der Optimierungsparameter „Rauschen” ist und umgekehrt wenn der Optimierungsparameter „Energie” ist. „Spannungsbereich” kann einen Kompromiss in Komponentenwerten zwischen den gemäß den anderen zwei Optimierungsparametern berechneten Komponentenwerten anzeigen. In 218 kann eine Stufenreihenfolge bestimmt werden. Wenn der Optimierungsparameter „Rauschen” oder „Spannungsbereich” ist, können Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 die Filterstufenreihenfolge neu ordnen, um eine Filterleistung mit geringem Rauschen bzw. eine Filterleistung mit hohem Spannungsbereich zu erzielen. Gemäß einer Ausführungsform kann das Neuordnen mit einer Brute-Force-Methode erzielt werden, indem das Rauschen (oder der Spannungsbereich) von Stufenkombinationen berechnet wird und die Stufenkombination mit dem geringsten Rauschen (oder dem größten Spannungsbereich) ausgewählt wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Komponentenobjekt 66, während die Handlung 200 ausgeführt wird, ausgelesen, beschrieben oder anderweitig aufgerufen werden, um den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend ein jeweiliges Schaltdiagramm 32, einen Graph 36, ein Blockdiagramm 40, einen Fehler 44, einen Alarm 48, einen Text 52, die Filterfrequenzreaktion 104 usw. anzuzeigen.
Nun zu 25. 25 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen bereitstellt, die mit dem Berechnen eines Ursprungswiderstandswertes gemäß Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sind. Der Algorithmus 220 zeigt, dass eine minimale Eigenfrequenz f_p aller Stufen im Filter aus den Filterparametern 18 und andernfalls unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens abgeleitet werden kann. Eine bestimmte maximale Frequenz- (f_max), minimale Widerstandswerte (R_min) und maximale Widerstandswerte (R_max) können gemäß Tabelle 222 für jeden Typ von Optimierung, wie Optimierung auf Rauschen, auf Energie und auf Spannungsbereich, eingestellt werden. Ein Minimum eines Produktes der Quadratwurzel von f_max und R_min, und R_max kann bestimmt werden. Das berechnete Minimum kann durch die minimale Eigenfrequenz f_p geteilt werden, um den ursprünglichen Widerstandswert zu erhalten.
Nun zu 26. 26 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen bereitstellt, die mit dem Bestimmen von minimalen OP-Verstärkerleistungsanforderungen gemäß Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sind. Der Verstärkungsbandbreitenbereich (GBW) kann aus den vom Benutzer eingegebenen Filterparametern 18 berechnet werden. Der berechnete GBW kann gemäß dem Optimierungsparameter modifiziert werden. Wenn der Optimierungsparameter zum Beispiel „Energie” ist, kann der GBW eine niedrigere Frequenz anzeigen als für den Optimierungsparameter „Rauschen” oder „Spannungsbereich”. Der Algorithmus 224 kann verwendet werden, um die Filterparameter 18 in für die im Filter verwendeten OP-Verstärker minimale(n) GBW, R_aus (OP-Verstärkerausgabewiderstand) und Spannungsanstiegsrate (maximale Veränderungsrate der Ausgangsspannung) umzuwandeln. Der Algorithmus 224 kann verwendet werden, wenn ein OP-Verstärker für den Benutzer ausgewählt wird und zum Aussortieren ungeeigneter OP-Verstärker, wenn der Benutzer einen OP-Verstärker auswählt.
Gemäß Algorithmus 224 können für jede Stufe der/die minimal zulässige GBW, Anstiegsrate und maximal zulässigen R_aus/GBW bestimmt werden. Der minimale OP-Verstärker-GBW kann auf den maximalen OP-Verstärker-GBW aller Stufen eingestellt sein; der maximale R_aus/GBW kann auf den minimalen OP-Verstärker-RausüberGBW (maximal für den OP-Verstärker zulässiger R_aus/GBW, sodass die Dämpfung so ist, wie an (oder eine Dekade über) der Sperrbereichsfrequenz spezifiziert) aller Stufen eingestellt sein; und die minimale OP-Verstärkeranstiegsrate kann auf die maximale OP-Verstärkeranstiegsrate aller Stufen eingestellt sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die minimale Anstiegsrate für alle Reihenfolgen und Filterarten auf 0 eingestellt sein, wenngleich basierend auf im Stand der Technik bekannten Verfahren auch andere Werte entsprechend berechnet werden können.
Nun zu 27A–27C. 27A–27C sind vereinfachte Ablaufdiagramme, die beispielhafte Handlungen darstellen, die mit dem Auswählen von OP-Verstärkeranforderungen für eine Stufe gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. In 27A können die Handlungen 230 mit 232 beginnen, in der das Berechnen des GBW-Bereichs für den OP-Verstärkerprozess ausgelöst (oder während der Ausführung als eine Funktion usw. aufgerufen) wird. In 234 kann eine Bestimmung durchgeführt werden, ob Filterparameter 18 eine Optimierung für Rauschen anzeigen. Wenn Optimierung für Rauschen angezeigt ist, kann in 236 eine Frequenzvervielfachervariable auf 100 eingestellt sein und eine zulässige Fehlervariable auf 0,01 (1% Fehler) eingestellt werden. Wenn keine Optimierung für Rauschen angezeigt ist, kann in 238 eine Bestimmung durchgeführt werden, ob Filterparameter 18 eine Optimierung für den Spannungsbereich anzeigen. Wenn eine Optimierung für den Spannungsbereich angezeigt ist, kann in 240 die Frequenzvervielfachervariable auf 100 eingestellt und die zulässige Fehlervariable auf 0,02 (2% Fehler) eingestellt werden.
Wenn keine Optimierung für den Spannungsbereich angezeigt ist, kann in 242 eine Bestimmung durchgeführt werden, ob die Filterparameter 18 eine Optimierung für Energie anzeigen. Wenn Optimierung für Energie angezeigt ist, kann die Frequenzvervielfachervariable auf 10 eingestellt werden und die zulässige Fehlervariable kann in 244 auf 0,05 (5% Fehler) eingestellt werden. Wenn eine Optimierung auf Energie ebenfalls nicht angezeigt ist, kann in 246 eine Bestimmung durchgeführt werden, ob die Filterparameter 18 eine Optimierung gemäß empfohlenen spezifischen Komponenten anzeigen. Wenn eine Optimierung gemäß empfohlenen, spezifischen Komponenten angezeigt ist, kann die Frequenzvervielfachervariable auf 100 eingestellt werden und die zulässige Fehlervariable kann in 248 auf 0,05 (5% Fehler) eingestellt werden. Wenn eine Optimierung gemäß empfohlenen, spezifischen Komponenten ebenfalls nicht angezeigt ist, kann die Optimierung in 250 gemäß zulässigen spezifischen Komponenten eingestellt werden und die Frequenzvervielfachervariable kann auf 10 eingestellt werden und die zulässige Fehlervariable kann in 252 auf 0,02 (2% Fehler) eingestellt werden. In 254 kann ein geeigneter Berechnungsblock (oder Objekt) basierend auf Reihenfolge und Typ der Stufe ausgewählt werden.
Mit Bezugnahme auf 27B, wenn in 256 ein Tiefpassfilter erster Ordnung angezeigt ist, können in 258 Variablen für das Filterdesign wie folgt geeignet berechnet werden: die Dämpfung kann berechnet werden als 1 minus den zulässigen Fehler; die Grenzfrequenz (f_Grenze) kann berechnet werden als
Der GBW kann berechnet werden als f_Grenze × Verstärkung; R_aus_über_GBW kann eingestellt werden auf ∞ (Undendlichkeit) und die Spannungsanstiegsrate kann eingestellt werden auf 0. Die Handlungen können in 260 enden. Wenn Stufentyp und -reihenfolge in 262 einen Hochpassfilter erster Ordnung anzeigen, kann R_aus_über_GBW in 264 auf ∞ und die Spannungsanstiegsrate auf 0 gestellt werden und die Handlungen können in 265 enden.
Wenn Stufenreihenfolge und -typ in 266 einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung anzeigen, kann mit Verweis auf 27C in 268 ein Ausgangskondensatorwert C1 basierend auf der minimalen Eigenfrequenz f_p der Stufe und der Optimierungsauswahl des Benutzers (z. B. Rauschen, Energie oder Spannungsbereich) auf einen Wert eingestellt werden. In 270 kann die Variable R3plusR4 (R3 + R4) gemäß der minimalen Eigenfrequenz f_p der Stufe und der Optimierungsauswahl des Benutzers eingestellt werden. In 272 können durch jedes beliebige geeignete Verfahren optimale Sallen-Key-Komponentenwerte berechnet werden. In 274 können Variablen für die Sallen-Key-Stufe wie folgt berechnet werden:
In verschiedenen Ausführungsformen kann sichergestellt werden, dass R_aus ganze 20 dB pro Dekade an Dämpfung über die Stoppfrequenz hinaus ermöglicht. In 276 kann eine Bestimmung vorgenommen werden, ob die Optimierung zulässigen spezifischen Komponenten entspricht. Wenn ja, kann die Frequenz f in 278 auf eine Sperrbereichsfrequenz eingestellt werden. Wenn nicht, kann die Frequenz f in 280 auf eine Sperrbereichsfrequenz × 10 eingestellt werden. In 282 kann R_aus_über_GBW wie folgt berechnet werden:
In 284 kann eine Bestimmung vorgenommen werden, ob R_aus_über_GBW negativ ist. Wenn die Dämpfung eine kleine Zahl ist und die durch R2/(R1 + R2) bereitgestellte Dämpfung relativ stark ist, kann R_aus_über_GBW in 282 als eine negative Zahl gemäß der Gleichung bestimmt werden. In derartigen Fällen spielt R_aus des OP-Verstärkers unter Umständen keine Rolle, weil R1 und R2 im Wesentlichen die gesamte Dämpfung übernehmen. Der negative Wert für R_aus_über_GBW kann anzeigen, dass der OP-Verstärker-Ausgabewiderstand für das jeweilige Filterdesign unter Umständen keine Rolle spielt. Da negative Zahlen in nachfolgenden Berechnungen unter Umständen nicht zulässig sind, kann R_aus_über_GBW in 286 auf ∞ eingestellt werden, wenn der berechnete Wert weniger als 0 beträgt. In 288 kann die Spannungsanstiegsrate auf 0 eingestellt werden und die Handlungen können in 290 enden.
Mit erneuter Bezugnahme auf 27B, wenn Stufenreihenfolge und -typ in 292 einen Hochpassfilter zweiter Ordnung anzeigen, kann in 294 der GBW als ein Produkt von Frequenzvervielfacher, Verstärkung und f_p berechnet werden; R_aus_über_GBW kann auf ∞ eingestellt und die Anstiegsrate kann auf 0 eingestellt werden. Die Handlungen können in 295 enden. Wenn Stufenreihenfolge und -typ in 296 einen Bandpassfilter zweiter Ordnung anzeigen, kann in 298 ein Ausgangskondensatorwert C1 basierend auf der minimalen Eigenfrequenz f_p der Stufe und der Optimierungsauswahl des Benutzers (z. B. Rauschen, Energie oder Spannungsbereich) auf einen Wert eingestellt werden. In 300 kann die Variable R3plusR4 (R3 + R4) gemäß der minimalen Eigenfrequenz f_p der Stufe und der Optimierungsauswahl des Benutzers eingestellt werden. In 302 können Komponentenwerte gemäß einer optimalen Delyiannis-Friend-Stufe berechnet werden. In 304 können Variablen für die Delyiannis-Friend-Stufe wie folgt berechnet werden:
Der Prozess kann in 306 enden. Wenn Stufenreihenfolge und -typ in 308 einen Bandsperrefilter zweiter Ordnung anzeigen, kann in 310 der GBW als ein Produkt aus Frequenzvervielfacher, Verstärkung und f_p berechnet werden; R_aus_über_GBW kann auf ∞ eingestellt und die Anstiegsrate kann auf 0 eingestellt werden. Die Handlungen können in 312 enden. Die Handlungen 230 können für alle Stufen einzeln wiederholt werden.
Nun zu 28. 28 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen anzeigt, die mit dem Auswählen eines OP-Verstärkers gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können OP-Verstärker in der OP-Verstärkerdatenbank 54 bestimmen, die dem berechneten Verstärkungsbandbreitenbereich (z. B. bestimmt gemäß den Handlungen 230) entsprechen. Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können außerdem OP-Verstärker aus einer vom Benutzer ausgewählten Liste entfernen, wenn sie andere Parameter nicht erfüllen, zum Beispiel wenn die ausgewählten OP-Verstärker nicht auf ein Evaluierungsboard passen. Nachdem eine OP-Verstärkerauswahlliste bestimmt wurde, können Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 einen geeigneten OP-Verstärker für die Optimierung gemäß Algorithmus 320 auswählen.
Gemäß Algorithmus 320 können im Wesentlichen alle OP-Verstärker in der OP-Verstärkerdatenbank 54 ausgewählt werden, die die minimalen GBW-Anforderungen (z. B. minGBW < OP-Verstärker-GBW ≤ 10 × minGBW) erfüllen. Aus dieser Liste können alle OP-Verstärker entfernt werden, die den zulässigen Kriterien nicht entsprechen (z. B. auf ein Evaluierungsboard passen usw.), wie durch die Gleichung OP-Verstärker nicht zulässig? = WAHR angezeigt. Zulässige Kriterien können beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf: der OP-Verstärker ist in der OP-Verstärkerdatenbank 54 nicht verfügbar; für den OP-Verstärker gibt es keinen technischen Support; der GBW ist zu niedrig; die Versorgungsspannung ist zu niedrig oder zu hoch; der OP-Verstärker unterstützt verfügbare Evaluierungsboards nicht; das Paket ist mit verfügbaren Evaluierungsboards nicht kompatibel; der Ausgabewiderstand ist zu hoch (z. B. maxRausÜberGBW < OP-Verstärker.R_aus/OP-Verstärker.GBW); Spannungsanstiegsrate ist zu gering (z. B. OP-Verstärker.Anstiegsrate < minAnstiegsrate); der positive Eingabe-/Ausgabebereich ist nicht groß genug (z. B. (+Vs – OP-Verstärker.Eingabeaussteuerungsreserve+ – 0,1 ≤ RefV), (+Vs – OP-Verstärker.Ausgabeaussteuerungsreserve ≤ V+ – 0,1 ≤ RefV) mit ±100 mV Eingabe-Ausgabeaussteuerungsreservegrenzen); der negative Eingabe-/Ausgabebereich ist nicht groß genug (z. B. (–Vs + OP-Verstärker.EingabeaussteuerungsreserveV– + 0,1 ≥ RefV), (–Vs + OP-Verstärker.AusgabeaussteuerungsreserveV– + 0,1 ≥ RefV)); usw.
Wenn keine OP-Verstärker die Kriterien erfüllen, wird minGBW mit 10 multipliziert und dies wird wiederholt, bis wenigstens ein OP-Verstärker den Kriterien entspricht oder minGBW 10 GHz überschreitet. Wenn minGBW 10 GHz erreicht und kein OP-Verstärker die Kriterien erfüllt, kann der Benutzer benachrichtigt werden, dass keine OP-Verstärker gefunden wurden, die den Designparametern (z. B. Filterparameter 18) entsprechen. Wenn der Versorgungsspannungsbereich des Benutzers geringer als 5 V oder größer als 10 V ist, zeigt der Algorithmus 320, dass dem Benutzer vorgeschlagen werden kann (z. B. im entsprechenden Fensterbereich 17 oder Text), dass das Einstellen des oberen Versorgungsspannungswertes auf +5 V und des unteren Versorgungsspannungswertes auf 0 V oder –5 V bessere Ergebnisse erzielen könnte.
Wenn wenigstens ein OP-Verstärker gefunden wird, können hingegen mit der verbleibenden Liste die folgenden Berechnungen ausgeführt werden. Wenn der Benutzer Optimierung gemäß Energie ausgewählt hat, dann kann der OP-Verstärker mit der geringsten Versorgungsspannung (z. B. OP-Verstärker.Versorgungsspannung) ausgewählt werden. Wenn der Benutzer Optimierung gemäß Rauschen ausgewählt hat, dann können die nachfolgenden Berechnungen ausgeführt werden. Die Variable R3plusR4 kann unter Verwendung des kleinsten f_p-Wertes aus der Reihe von Stufenspezifikationen für jeden OP-Verstärker auf der Liste erfasst werden. Das Rauschen kann berechnet werden als: Rauschen = √(OP – Verstärker.VRauschen)² + (R3plusR4 × OP – Verstärker.IRauschen)² und der OP-Verstärker mit dem geringsten Rauschen kann ausgewählt werden.
Wenn der Benutzer Optimierung gemäß Spannungsbereich ausgewählt hat, kann die Gesamtverstärkung durch Multiplizieren der Verstärkung aller Stufen zusammen für jeden OP-Verstärker auf der Liste bestimmt werden. Ein Spannungsraum (z. B. EinRaum, AusRaum) kann berechnet und ein Wert eines Variablenraums bestimmt werden, zum Beispiel Raum = Minimum von (EinRaum, AusRaum/Gesamtverstärkung). Der Spannungsraum kann eine Funktion der Aussteuerungsreserve des OP-Verstärkers sein, bei der es sich um ein Maß dafür handelt, wie nah die Eingabe und Ausgabe des OP-Verstärkers an die Versorgungsschienen schwingen können (z. B. ein OP-Verstärker mit einer Aussteuerungsreserve von ±0,8 V kann bis innerhalb 0,8 V der Versorgungsspannung schwingen). Derjenige OP-Verstärker aus der Liste mit dem größten Raum kann ausgewählt werden.
Nun zu 29. 29 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen zeigt, die mit dem Bestimmen des Spannungsraumes gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Im Allgemeinen kann eine Aussteuerungsreserve eines OP-Verstärkers aus Datenblattspezifikationen oder Leistungsdiagrammen des OP-Verstärkers bestimmt werden. Wenn die untere Versorgungsspannung (–Vs) 0 ist, kann der Wert der Variablen RefV gemäß dem Algorithmus 322 auf die Hälfte der oberen Versorgungsspannung eingestellt werden; andernfalls kann RefV auf 0 eingestellt werden. Die Eingabeaussteuerungsreserve ist die Differenz zwischen dem Eingabegleichtaktmodusspannungsbereich und der Versorgungsspannung und sie kann berechnet werden als EinRaum = Minimum(((+Vs – OP-Verstärker.EingabeaussteuerungsreserveV+) – RefV), (RefV – (–Vs + OP-Verstärker.EingabeaussteuerungsreserveV–))). Die Ausgabeaussteuerungsreserve (AusRaum) ist die Differenz zwischen dem Ausgabespannungshub und der Versorgungsspannung und sie kann berechnet werden als AusRaum = Minimum(((+Vs – OP-Verstärker.AusgabeaussteuerungsreserveV+) – RefV), (RefV – (–Vs + OP-Verstärker. AusgabeaussteuerungsreserveV+))).
Nun zu 30. 30 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen zeigt, die mit dem Auswählen von Widerstands- und Kondensatorwerten gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Um die Widerstands- und Kondensatorkomponentenwerte zu berechnen, können die Zielstufenspezifikationen (z. B. umfassend Reihenfolge, f_p, Q, f_z, Verstärkung und Typ), Optimierungsverfahren (z. B. Rauschen, Energie, Spannungsbereich usw.) und OP-Verstärkername eingegeben werden. Die Zielstufenspezifikationen einer spezifischen Stufe zeigen das Designziel für die spezifische Stufe an. Die Ausgaben beinhalten entsprechende Werte im Komponentenobjekt 66 und tatsächliche Stufenspezifikationen (z. B. umfassend Reihenfolge, f_p, Q, f_z, Verstärkung und Typ mit den spezifischen Komponentenwerten).
Gemäß Algorithmus 324 können der Kondensator C1 und die Variable R3plusR4 basierend auf der f_p der Stufe und der Optimierungsauswahl des Benutzers eingestellt werden. Es gilt zu beachten dass, wenn R3 und R4-Werte erforderlich sind, in einer beispielhaften Ausführungsform, wenn die Verstärkung größer oder gleich 1,0001 ist, R3 eingestellt werden kann auf (R3 + R4)/Verstärkung; und R4 eingestellt werden kann auf (R3 + R4) – R3. Wenn die Verstärkung geringer ist als 1,0001 und größer als 0,9999, kann R4 auf 0 eingestellt werden und R3 kann auf ∞ eingestellt werden (z. B. in einem Fall ohne Widerstand). Die Verstärkung kann nicht weniger als 1 sein, wenn R3plusR4 berechnet wird.
Die OP-Verstärkerfelder im Komponentenobjekt 66 können durch Abrufen entsprechender Werte aus der OP-Verstärkerdatenbank 54 befüllt werden. Wenn R_aus in der Datenbank nicht existiert, kann stattdessen ein Proxy-Wert von 0,3/Versorgungsspannung verwendet werden. Die Variablen Schlaufefp und SchlaufeQ können eingestellt werden auf f_p bzw. Q aus den Zielstufenspezifikationen. Wenn „OP-Verstärker kompensieren” ausgewählt wird (was z. B. anzeigt, dass der Benutzer Nichtidealitäten des OP-Verstärkers kompensieren möchte), können die folgenden Handlungen mehrere Male ausgeführt werden (z. B. viermal oder öfter oder weniger, abhängig von den jeweiligen Bedürfnissen); andernfalls können die nachfolgenden Handlungen einmal ausgeführt werden.
Für Tiefpass- und Hochpassfilter erster Ordnung können Nicht-OP-Verstärkerfelder (z. B. hinsichtlich der Widerstands- und Kondensatorwerte) berechnet werden, wobei ein optimaler OP-Verstärker erster Ordnung angenommen wird; für Tiefpass- und Hochpassfilter zweiter Ordnung können Nicht-OP-Verstärkerfelder berechnet werden, wobei ein optimaler Sallen-Key-Tiefpass- bzw. Hochpass-OP-Verstärker angenommen wird; für einen Bandpassfilter zweiter Ordnung können Nicht-OP-Verstärkerfelder berechnet werden, wobei ein optimaler Delyiannis-Friend-Bandpass-OP-Verstärker angenommen wird; für Bandsperren zweiter Ordnung können Nicht-OP-Verstärkerfelder berechnet werden, wobei ein optimaler Delyiannis-Friend-Notch-OP-Verstärker angenommen wird. Komponentenwertgrenzen können auferlegt werden und die tatsächlichen f_p- und Q-Werte können berechnet werden (z. B. unter Verwendung des Nelder-Mead-Algorithmus).
Die f_p- und Q-Werte können durch die Verstärkungsbandbreite des OP-Verstärkers angesichts der tatsächlichen f_p- und Q-Werte ausgewählter Komponenten verändert werden. Schlaufefp- und SchlaufeQ-Werte können für die nachfolgenden Durchläufe neu berechnet werden (wenn mehr als ein Durchlauf ausgeführt wird). Schlaufenwerte können um ein ungefähres Verhältnis der gewünschten f_p (und Q) auf die tatsächliche f_p (und Q) verändert werden, um Überschwingen und hin und her Schwingen (Nicht-Konvergenz) zu verhindern. Tatsächliche Stufenspezifikationen können auf die berechneten tatsächlichen f_p und Q-Werte eingestellt werden und die f_z, Verstärkungs- und Typwerte können aus den Zielstufenspezifikationen erfasst werden.
Nun zu 31. 31 ist ein vereinfachtes Diagramm, das beispielhafte Ausgangskondensatorwerte (C1) gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 zeigt. Die Kondensatorwerte sind als eine Funktion von f_p bereitgestellt. Wenn Optimierung für Energie ausgewählt ist, können in Tabelle 326 bereitgestellte Werte verwendet werden. Wenn Optimierung für Spannungsbereich ausgewählt ist, können in Tabelle 328 bereitgestellte Werte verwendet werden. Die Tabelle 328 kann auch verwendet werden, wenn Optimierung für spezifische Komponenten ausgewählt ist. Wenn Optimierung für Rauschen ausgewählt ist, können in Tabelle 330 bereitgestellte Werte verwendet werden. Wenn Optimierung für Spannungsbereich ausgewählt ist, können in Tabelle 328 bereitgestellte Werte verwendet werden.
Nun zu 32. 32 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen zeigt, die mit R3plusR4-Ausgangswerten gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Um R3plusR4-Ausgangswerte zu berechnen, sind die Eingaben Optimierungsparameter (z. B. Rauschen, Energie, Spannungsbereich usw.) und f_p; die Ausgabe ist R3plusR4. Gemäß Algorithmus 334 kann die Variable f_max auf 10 MHz eingestellt werden. Die Variablen R_auf_fmax und Rmax können basierend auf den Optimierungsparametern gemäß Tabelle 336 eingestellt werden. Die Variable R_freq kann wie folgt berechnet werden:
R3plusR4 kann berechnet werden als der kleinste Wert von R_freq und Rmax.
Nun zu 33. 33 ist ein vereinfachter Pseudocode, der beispielhafte Handlungen zeigt, die mit dem Optimieren der Stufenreihenfolge gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Eingaben zum Algorithmus 340 können die Komponentenreihe (z. B. Reihe an Komponentenobjekten), Zielstufenspezifikationen und tatsächliche Stufenspezifikationen, Frequenzreihe und Optimierungsparameter beinhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Komponentenreihe, die Zielstufenspezifikationen und die tatsächlichen Stufenspezifikationen Reihen mit derselben Länge sein. Wenn zum Beispiel drei Stufen im Filter verwendet werden, dann kann jede dieser Reihen drei Objekte darin beinhalten. Die Ausgaben können eine neue Komponentenreihe, neue Zielstufenspezifikationen und neue tatsächliche Stufenspezifikationen (die z. B. eine neue Reihenfolge der Stufen anzeigen) beinhalten.
Ein Frequenzbereich kann mit 50 Frequenzpunkten dazwischen (z. B. zum einfachen Planen des zugehörigen Frequenzreaktionsgraphen) berechnet werden. Jede beliebige Anzahl von Frequenzpunkten kann im weiten Umfang der Ausführungsformen im Frequenzbereich verwendet werden. Gemäß dem beispielhaften Algorithmus 340 kann der Frequenzbereich unter Verwendung einer Startfrequenz (f_start), Stoppfrequenz (f_stop), Punkten pro Dekade = Num.Freq.Punkte·log(f_stop/f_start) berechnet werden. Im Wesentlichen alle Berechnungen können die Reihe an gemäß dem obigen Frequenzbereich berechneten Frequenzpunkten verwenden.
Wenn der Optimierungsparameter Rauschen ist, kann für jede Komponentenstufenpermutation (z. B. ³P₃) die Spektraldichte unter Verwendung jedes beliebigen bekannten Verfahrens berechnet werden; und der quadratische Rausch-Mittelwert (Root Mean Square, RMS) für jede Stufe kann berechnet werden (z. B. RMS- und Spitze-Spitze-Werte), wobei die Bandbreite auf die maximale Frequenz in der Frequenzreihe eingestellt ist. Eine neue Komponentenreihe, neue Zielstufenspezifikationen und tatsächliche Stufenspezifikationen können zurückgegeben werden mit Stufen, die in einer Reihenfolge neu geordnet sind, die den geringsten RMS-Rauschwert bereitstellt. Wenn der Optimierungsparameter der Spannungsbereich ist, kann ein geeigneter Multiplikator im Spannungsbereich berechnet werden und (eine) neue Komponentenreihe, Zielstufenspezifikationen und tatsächliche Stufenspezifikationen können mit Stufen zurückgegeben werden, die in einer Reihenfolge neu geordnet sind, die den größten Multiplikator bereitstellt. In beispielhaften Ausführungsformen können die Stufenreihenfolgeneuordnungen unter Umständen nicht für die Optimierung für geringe Energie oder spezifische Komponenten verfügbar sein (oder ausgeführt werden).
Nun zu 34. 34 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das beispielhafte Handlungen zeigt, die mit dem Kompensieren von eingeschränktem OP-Verstärker-GBW gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Ausführungsformen des Filterdesign-Tools 10 können die passiven Komponentenwerte des Filters so anpassen, dass sie die Nichtidealitäten des OP-Verstärkers kompensieren. Die Optimierungstechnik kann für OP-Verstärker mit kaum genug Verstärkungsbandbreite für das Filterdesign hilfreich sein (z. B. im Design eines Filters mit sehr hoher Geschwindigkeit oder sehr hoher Leistung). Durch das Kompensieren des OP-Verstärkers kann eine annehmbar gute Filterreaktion erzielt werden, sogar mit einem anderen „grenzwertigen” OP-Verstärker.
Die Handlungen 350 können 352 beinhalten, bei der mit einer Eigenfrequenz f_n und Q einer Filterschaltung Widerstands- und Kondensatorwerte für den spezifischen Filter berechnet werden können, wobei ein optimaler OP-Verstärker angenommen wird. In 354 kann ein Frequenzbereich berechnet werden. Die Berechnungen können vom spezifischen Filtertyp abhängen. Zum Beispiel kann in 356 für Tiefpass- und Hochpassfilter die Variable f_start eingestellt werden auf f_n/20 und f_stop kann eingestellt werden auf f_n/2, wobei die Anzahl der Punkte dazwischen auf 82 eingestellt wird. Für Bandpassfilter wird in 358 die Anzahl an Punkten zwischen den Start- und Stoppfrequenzen auf 100 eingestellt und f_start und f_stop werden eingestellt auf:
Für Bandsperren kann in 360 die Anzahl an Punkten zwischen den Start- und Stoppfrequenzen auf 100 eingestellt werden und f_start und f_stop werden eingestellt auf:
In 362 kann eine Stärkereaktion des Filters mit den tatsächlichen OP-Verstärkerwerten über die Frequenzwerte berechnet werden. In 364 kann die Variable SchlaufeFn auf f_n eingestellt werden und SchlaufeQ kann auf Q eingestellt werden. In 366 kann eine temporäre Variable Ausführen# auf 1 eingestellt werden. In 368 können die ungefähre Frequenzgrenze und Q der unter Verwendung eines geeigneten Verfahrens (z. B. Nelder-Mead-Algorithmus) berechneten Antwort bestimmt werden. In 370 können die Variablen SchlaufeFn und SchlaufeQ verändert werden:
Die Variablen Schwerpunkt_fn und Schwerpunkt_Q können optimierte, aus dem Optimierungsalgorithmus erhaltene Werte repräsentieren. In 372 kann die temporäre Variable Ausführen# um 1 erhöht werden. In 374 kann eine Bestimmung durchgeführt werden, ob Ausführen# größer ist als 4 (oder andere geeignete Werte, basierend auf Anforderungen der Genauigkeit). Wenn Ausführen# kleiner als 4 ist, gehen die Handlungen wieder zurück zu 368 und werden wiederholt, bis die Durchlaufe 4 Zyklen abgeschlossen haben. In 376 kann f_n auf den abschließend berechneten Wert von SchlaufeFn eingestellt werden und Q kann auf den abschließend berechneten Wert von SchlaufeQ eingestellt werden. Neue Komponentenwerte können basierend auf den neuen f_n und Q-Werten berechnet werden.
Nun zu 35. 35 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das beispielhafte Handlungen zeigt, die mit dem Ausführen von Nelder-Mead-Algorithmen gemäß einer Ausführungsform des Filterdesign-Tools 10 verknüpft sein können. Das Nelder-Mead-Verfahren wird üblicherweise in nichtlinearen Optimierungstechniken für doppelt differenzierbare Probleme verwendet. Jeder beliebige geeignete Optimierungsalgorithmus kann im weiten Umfang der Ausführungsformen im Filterdesign-Tool 10 verwendet werden. Nelder-Mead ist lediglich ein derartiger Optimierungsalgorithmus, der als ein Beispiel verwendet wird und ist als solches nicht als eine Einschränkung des Filterdesign-Tools 10 auszulegen.
Im Allgemeinen verwendet das Nelder-Mead-Verfahren das Konzept eines Simplexes, wobei es sich um ein spezielles Polytop mit N + 1 Scheitelpunkten in N Dimensionen handelt. Beispiele für Simplexe beinhalten ein Liniensegment auf einer Linie, ein Dreieck in einer Ebene und ein Tetraeder in einem dreidimensionalen Raum. Das Verfahren nähert sich an ein lokales Optimum eines Problems mit N-Variablen an, wenn die Objektivfunktion gleichmäßig variiert und unimodal ist. Nelder-Mead erzeugt eine neue Testposition durch Extrapolieren des Verhaltens auf die an jedem Testpunkt, der als ein Simplex angeordnet ist, gemessene Objektivfunktion. Der Algorithmus ersetzt einen dieser Testpunkte durch den neuen Testpunkt und so weiter. Der schlechteste Punkt kann durch einen Punkt ersetzt werden, der durch den Schwerpunkt der verbleibenden N Punkte reflektiert wird. Wenn der ersetzte Punkt besser ist als der beste aktuelle Punkt, kann ein exponentielles Ausdehnen entlang der Linie ausgeführt werden. Wenn der ersetzte Punkt hingegen nicht sehr viel besser ist als der vorherige Wert, kann der Simplex in Richtung eines besseren Punktes geschrumpft oder zusammengezogen werden.
Die Handlungen 380 können den Nelder-Mead-Algorithmus implementieren und beinhalten Handlung 382, in der die folgenden Ausgangsvektoren für Stufen zweiter Ordnung verwendet werden können: {SchlaufeFn, SchlaufeQ}; {SchlaufeFn × 2, SchlaufeQ}; {SchlaufeFn × 0,7, SchlaufeQ}; {SchlaufeFn, SchlaufeQ × 2}; und {SchlaufeFn, SchlaufeQ × 0,5}. In 384 können die folgenden Ausgangsvektoren für Stufen erster Ordnung verwendet werden (es wird angenommen, dass Q 1 ist): {SchlaufeFn, 1}; {SchlaufeFn × 0,9999, 1}; {SchlaufeFn × 0,999, 1}; {SchlaufeFn × 0,99, 1); und {SchlaufeFn × 0,9, 1}. In 386 können Nelder-Mead-Koeffizienten wie folgt verwendet werden: α = 1, γ = 2, ρ = –1/2 und σ = 1/2, wobei α, γ, ρ und σ jeweils die Reflektions-, Expansions-, Kontraktions- und Schrumpfkoeffizienten sind. Jeder beliebige andere geeignete Wert kann im weiten Umfang der Ausführungsformen für die Nelder-Mead-Koeffizienten verwendet werden.
In 388 kann der Fehler auf 0 eingestellt sein. In 390 kann für jeden Frequenzpunkt (z. B. auf einem Reaktionsgraph) ein Fehler als der vorher berechnete Fehler plus (Stärkereaktion von optimalem OP-Verstärker – Stärkereaktion berechnet aus Nelder-Mead-Algorithmus)^2 berechnet werden. In 392, wenn f_n oder Q-Werte kleiner oder gleich 0 sind, können die Werte auf 0 zurückgesetzt werden und die Stärkereaktion für den Vektor kann auf 0 eingestellt werden. In 394, wenn entweder die Differenz zwischen dem ersten und letzten Vektor in der sortierten Reihe weniger als 0,01% beträgt oder der Nelder-Mead-Algorithmus mehr als 1000 Schritte durchlaufen hat, können die Fehlerberechnungen beendet werden.
Es gilt zu beachten, dass in dieser Patentschrift Verweise auf bestimmte Merkmale (z. B. Elemente, Strukturen, Module, Komponenten, Schritte, Handlungen, Eigenschaften usw.), die in „einer Ausführungsform”, „einer beispielhaften Ausführungsform”, „einer anderen Ausführungsform”, „einigen Ausführungsformen”, „verschiedenen Ausführungsformen”, „anderen Ausführungsformen”, „einer alternativen Ausführungsform” und dergleichen enthalten sind, bedeuten sollen, dass jedes beliebige derartige Merkmal in einer oder mehr Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung enthalten ist/sind, jedoch in den gleichen Ausführungsformen kombiniert sein können aber nicht zwangsläufig müssen. Ferner sind die Wörter „optimieren”, „Optimierung” und verwandte Bezeichnungen Fachbegriffe, die sich auf Verbesserungen der Geschwindigkeit und/oder Effizienz eines vorgegebenen Ergebnisses beziehen und nicht darauf hinweisen, dass ein Prozess für das Erzielen des spezifizierten Ergebnisses erreicht wurde oder dass ein „optimaler” Zustand oder ein Zustand mit perfekter Geschwindigkeit/Effizienz erreicht werden kann.
In beispielhaften Implementierungen können wenigstens Teile der hierin beschriebenen Aktivitäten als Software zum Beispiel im Filterdesignmodul 20 implementiert sein. In einigen Ausführungsformen kann/können eins oder mehrere dieser Merkmale in Hardware, die extern zu diesen Elementen bereitgestellt ist, implementiert sein oder auf jede beliebige geeignete Weise konsolidiert sein, um die gewünschte Funktionalität zu erzielen. Die verschiedenen Elemente (z. B. Filterdesignmodul 20, Benutzerschnittstelle 12) können Software (oder wechselseitige Software) beinhalten, die aufeinander abgestimmt sein kann, um die hierin beschriebenen Handlungen zu erzielen. In weiteren anderen Ausführungsformen können diese Elemente beliebige geeignete Algorithmen, Hardware, Software, Komponenten, Module, Schnittstellen oder Objekte beinhalten, die die Handlungen davon ermöglichen.
Ferner kann das hierin beschriebene und dargestellte Filterdesign-Tool 10 (und/oder seine zugehörigen Strukturen) außerdem geeignete Schnittstellen zum Empfangen, Übertragen und/oder anderweitigen Kommunizieren von Daten oder Informationen an Hardware-Komponenten (z. B. Computerbildschirme, Anzeigegeräte) und Netzwerkgeräte (z. B. Client-Geräte) in einer Netzwerkumgebung beinhalten. Zusätzlich können einige der mit den verschiedenen Knoten verknüpften Prozessoren und Speicherelemente entfernt oder anderweitig zusammengelegt werden, sodass ein einziger Prozessor oder ein einziges Speicherelement für bestimmte Aktivitäten verantwortlich ist. Im Allgemeinen können die in den ABBILDUNGEN dargestellten Anordnungen in ihren Darstellungen logischer sein, wobei eine physische Architektur verschiedene Permutationen, Kombinationen und/oder Mischformen dieser Elemente beinhalten kann. Es ist unbedingt anzumerken, dass unzählige mögliche Designkonfigurierungen verwendet werden können, um die hierin beschriebenen Betriebsziele zu erzielen. Dementsprechend weist die zugehörige Infrastruktur eine Vielzahl von Ersatzanordnungen, Designwahlmöglichkeiten, Vorrichtungsmöglichkeiten, Hardware-Konfigurierungen, Software-Implementierungen, Ausrüstungsoptionen usw. auf.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann/können ein oder mehrere Speicherelement(e) (z. B. Speicherelement 58, OP-Verstärkerdatenbank 54) für die hierin beschriebenen Handlungen verwendete Daten speichern. Dies beinhaltet, dass das Speicherelement Anweisungen (z. B. Software, Logik, Code usw.) in nicht flüchtigen Medien speichern kann, sodass die Anweisungen ausgeführt werden, um die in dieser Patentschrift beschriebenen Handlungen auszuführen. Ein Prozessor kann jede beliebige Art von mit den Daten verknüpften Anweisungen ausführen, um die in dieser Patentschrift ausführlich beschriebenen Handlungen zu erzielen.
In einem Beispiel könnten Prozessoren (z. B. Prozessor 56) ein Element oder einen Artikel (z. B. Daten) von einem Zustand oder Ding in einen anderen Zustand oder ein anderes Ding umwandeln. In einem anderen Beispiel können die hierin erläuterten Handlungen mit fester Logik oder programmierbarer Logik implementiert sein (z. B. von einem Prozessor ausführbarer Software/ausführbaren Computeranweisungen) und die hierin identifizierten Elemente könnten eine Art programmierbarer Prozessor, programmierbare digitale Logik (z. B. ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), ein löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM)), ein ASIC, der digitale Logik beinhaltet, Software, Code, elektronische Anweisungen, Flash-Speicher, optische Platten, CD-ROMs, magnetische oder optische Karten, andere Arten von maschinenlesbaren Medien, die geeignet sind, um elektronische Anweisungen zu speichern, oder eine beliebige geeignete Kombination davon sein.
Während des Betriebs können Komponenten im Filterdesign-Tool 10 ein oder mehrere Speicherelement(e) (z. B. Speicherelement 58, OP-Verstärkerdatenbank 54) zum Speichern von Informationen, die beim Erzielen von hierin beschriebenen Handlungen verwendet werden sollen, beinhalten. Diese Geräte können ferner Informationen in jeder beliebigen geeigneten Art von nicht flüchtigen Speichermedien (z. B. RAM, ROM, FPGA, EPROM, EEPROM usw.), Software, Hardware oder in jeder/m beliebigen anderen geeigneten Komponente, Gerät, Element oder Objekt gespeichert werden, wenn angemessen und basierend auf den jeweiligen Bedürfnissen. Die im Filterdesign-Tool 10 verfolgten, gesendeten, empfangenen oder gespeicherten Informationen könnten basierend auf jeweiligen Bedürfnissen und Implementierungen in jeder/m beliebigen Datenbank, Register, Tabelle, Cache, Queue, Kontrollliste oder Speicherstruktur bereitgestellt werden, die alle in einem geeigneten Zeitrahmen aufgerufen werden könnten. Jedes der hierin beschriebenen Speicherelemente ist als in der weit gefassten Bezeichnung „Speicherelement” eingeschlossen auszulegen. Auf ähnliche Art und Weise kann jede(s) der in dieser Patentschrift beschriebenen potenziellen Verarbeitungselemente, -module und -maschinen als in der weit gefassten Bezeichnung „Prozessor” eingeschlossen ausgelegt werden.
Es ist außerdem wichtig, anzumerken, dass die hierin mit Verweis auf die vorangehenden ABBILDUNGEN beschriebenen Handlungen und Schritte nur einige der möglichen Szenarien darstellen, die von oder in dem System ausgeführt werden können. Einige dieser Handlungen können, wenn angemessen, gelöscht oder entfernt werden oder diese Schritte können modifiziert oder erheblich verändert werden, ohne dabei vom Umfang der beschriebenen Konzepte abzuweichen. Zusätzlich kann die Zeiteinteilung dieser Handlungen erheblich verändert werden und weiterhin die in dieser Offenbarung gelehrten Ergebnisse erzielen. Diese obigen Betriebsabläufe wurden lediglich als Beispiel und zur Beschreibung bereitgestellt. Das System bietet eine erhebliche Flexibilität, da geeignete Anordnungen, zeitliche Abfolgen, Konfigurierungen und Zeitmechanismen bereitgestellt werden können, ohne dabei von den Lehren der beschriebenen Konzepte abzuweichen.
Wenngleich die vorliegende Offenbarung ausführlich mit Verweis auf bestimmte Anordnungen und Konfigurierungen beschrieben wurde, können diese beispielhaften Konfigurierungen und Anordnungen erheblich verändert werden, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wenngleich die vorliegende Offenbarung mit Verweis auf bestimmte Optimierungsalgorithmen und bestimmte Benutzerschnittstellenkonfigurierungen beschrieben wurde, kann das Filterdesign-Tool 10 zum Beispiel auf andere Algorithmen oder Benutzerschnittstellenkonfigurierungen angewendet werden. Wenngleich das Filterdesign-Tool 10 mit Verweis auf bestimmte Elemente und Handlungen dargestellt wurde, die das Berechnen und Anzeigen von Prozessen erleichtern, können diese Elemente und Handlungen ferner durch jede(n) beliebige(n) geeignete(n) Architektur oder Prozess ersetzt werden, die/der die beabsichtigte Funktionalität des Filterdesign-Tools 10 erzielt.
Zahlreiche andere Veränderungen, Ersetzungen, Variationen, Abänderungen und Modifikationen können für Fachleute ersichtlich sein und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung alle derartigen Veränderungen, Ersetzungen, Variationen, Abänderungen und Modifikationen als in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallend einschließt. Um das United States Patent and Trademark Office (USPTO) und zusätzlich jegliche Leser jedes zu dieser Anmeldung ausgestellten Patents bei der Auslegung der beigefügten Ansprüche zu unterstützen, merkt der Anmelder an, dass der Anmelder: (a) nicht beabsichtigt, dass sich irgendeiner der beigefügten Ansprüche auf Absatz sechs (6) aus 35 U.S.C. Abschnitt 112 beruft, wie er am Datum der Einreichung gültig ist, außer die Worte „Mittel für” oder „Schritt für” werden spezifisch in den jeweiligen Ansprüchen verwenden; und (b) nicht beabsichtigt, durch jegliche Aussage in der Patentschrift die Offenbarung in jeglicher Art einzuschränken, die nicht anderweitig in den beigefügten Ansprüchen wiedergegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11x [0129]
35 U.S.C. Abschnitt 112 [0176]

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Empfangen von Filterparametern für einen analogen Filter über eine Benutzerschnittstelle, wobei die Filterparameter wenigstens einen Optimierungsparameter beinhalten, der sich auf eine Anwendungsanforderung des analogen Filters bezieht; Optimieren des Filters für den wenigstens einen Optimierungsparameter; Berechnen einer Designausgabe basierend auf dem Filter, der optimiert wurde; und Anzeigen der Designausgabe auf der Benutzerschnittstelle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Benutzerschnittstelle einen Eingabebereich, einen Anzeigebereich und einen Fensterbereich in einer oder mehreren Seite(n) beinhaltet und wobei der Eingabebereich in wenigstens einer auf der Benutzerschnittstelle anzuzeigenden Seite an den Anzeigebereich angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Filterparameter in den Eingabebereich eingegeben werden können und die Designausgabe im Wesentlichen unmittelbar berechnet und im angrenzenden Anzeigebereich angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei die Benutzerschnittstelle konfiguriert ist, um über die eine oder mehreren Seite(n) gemäß einem Filterdesignprozess navigierbar zu sein, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Auswählen eines Filtertyps; Auswählen von Leistungseinschränkungen und einem Filterreaktionstyp; Spezifizieren des wenigstens einen Optimierungsparameters; und Spezifizieren einer Komponententoleranz.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei, wenn eine erste Seite, die einen Schritt in einem Filterdesignprozess umfasst, in der Benutzerschnittstelle als eine aktive Seite angezeigt wird, eine zweite Seite, die einen vorherigen Schritt im Filterdesignprozess umfasst, ausgewählt werden kann, um die aktive Seite zu werden, und eine dritte Seite, die einen späteren Schritt im Filterdesignprozess umfasst, nicht ausgewählt werden kann, um die aktive Seite zu werden, bevor der Schritt in der ersten Seite abgeschlossen wurde.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Fensterbereich mit dem Eingabebereich und dem Anzeigebereich überlappen kann und wobei der Fensterbereich konfiguriert ist, um Text, Alarme und Fehler anzuzeigen.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Filterparameter ferner einen ausgewählten einen aus einer Gruppe von Parametern umfassen, wobei die Gruppe besteht aus: a) einem Filtertyp; b) einem Filterreaktionstyp und einer zugehörigen Mehrzahl an Leistungseinschränkungen; c) Spannungsversorgungen für Operationsverstärker (OP-Verstärker) im Filter; und d) eine oder mehrere Komponententoleranzen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Filterreaktionstyp durch einen Schieberegler spezifiziert sein kann, der wenigstens drei auswählbare Punkte aufweist, die drei verschiedenen Filterreaktionstypen entsprechen.
Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, das ferner das Empfangen von Anzeigeparametern über die Benutzerschnittstelle umfasst, wobei die Anzeigeparameter die anzuzeigende Designausgabe spezifizieren.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Anzeigeparameter ferner einen ausgewählten einen aus einer Gruppe von Parametern umfassen, wobei die Gruppe besteht aus: a) einer Stärke einer Frequenzreaktion des Filters; b) einer Phase der Frequenzreaktion des Filters; c) einer Sprungantwort des Filters; d) einer Stufeneigenschaft; e) einem Schaltbild; f) einer Rauscheigenschaft; g) einer Energieeigenschaft; h) einem Spannungsbereich; i) einer Gruppenlaufzeit; j) einer Phasenlaufzeit; k) Polen und Nullstellen; und l) einer Impulsantwort.
In nicht flüchtigen Medien kodierte Logik, die Anweisungen zur Ausführung beinhaltet und, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt wird, betrieben werden kann, um Handlungen auszuführen, die Folgendes umfassen: Empfangen von Filterparametern für einen analogen Filter über eine Benutzerschnittstelle, wobei die Filterparameter wenigstens einen Optimierungsparameter beinhalten, der sich auf eine Anwendungsanforderung des analogen Filters bezieht; Optimieren des Filters für den wenigstens einen Optimierungsparameter; Berechnen einer Designausgabe basierend auf dem Filter, der optimiert wurde; und Anzeigen der Designausgabe auf der Benutzerschnittstelle.
Medien nach Anspruch 11, wobei die Benutzerschnittstelle einen Eingabebereich, einen Anzeigebereich und einen Fensterbereich in einer oder mehreren Seite(n) beinhaltet und wobei der Eingabebereich in wenigstens einer auf der Benutzerschnittstelle anzuzeigenden Seite an den Anzeigebereich angrenzt.
Medien nach Anspruch 12, wobei die Filterparameter in den Eingabebereich eingegeben werden können und die Designausgabe im Wesentlichen unmittelbar berechnet und im angrenzenden Anzeigebereich angezeigt wird.
Medien nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei die Benutzerschnittstelle konfiguriert ist, um über die eine oder mehreren Seite(n) gemäß einem Filterdesignprozess navigierbar zu sein, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Auswählen eines Filtertyps; Auswählen von Leistungseinschränkungen und einem Filterreaktionstyp; Spezifizieren des wenigstens einen Optimierungsparameters; und Spezifizieren einer Komponententoleranz.
Medium nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, wobei, wenn eine erste Seite, die einen Schritt in einem Filterdesignprozess umfasst, in der Benutzerschnittstelle als eine aktive Seite angezeigt wird, eine zweite Seite, die einen vorherigen Schritt im Filterdesignprozess umfasst, ausgewählt werden kann, um die aktive Seite zu werden, und eine dritte Seite, die einen späteren Schritt im Filterdesignprozess umfasst, nicht ausgewählt werden kann, um die aktive Seite zu werden, bevor der Schritt in der ersten Seite abgeschlossen wurde.
Vorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Speicherelement zum Speichern von Daten; und einen Prozessor, der betrieben werden kann, um mit den Daten verknüpfte Anweisungen auszuführen, wobei der Prozessor und das Speicherelement derart zusammenarbeiten, dass die Vorrichtung konfiguriert ist zum: Empfangen von Filterparametern für einen analogen Filter über eine Benutzerschnittstelle, wobei die Filterparameter wenigstens einen Optimierungsparameter beinhalten, der sich auf eine Anwendungsanforderung des analogen Filters bezieht; Optimieren des Filters für den wenigstens einen Optimierungsparameter; Berechnen einer Designausgabe basierend auf dem Filter, der optimiert wurde; und Anzeigen der Designausgabe auf der Benutzerschnittstelle.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Benutzerschnittstelle einen Eingabebereich, einen Anzeigebereich und einen Fensterbereich in einer oder mehreren Seite(n) beinhaltet und wobei der Eingabebereich in wenigstens einer auf der Benutzerschnittstelle anzuzeigenden Seite an den Anzeigebereich angrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Filterparameter in den Eingabebereich eingegeben werden können und die Designausgabe im Wesentlichen unmittelbar berechnet und im angrenzenden Anzeigebereich angezeigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei die Benutzerschnittstelle konfiguriert ist, um über die eine oder mehreren Seite(n) gemäß einem Filterdesignprozess navigierbar zu sein, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Auswählen eines Filtertyps; Auswählen von Leistungseinschränkungen und einem Filterreaktionstyp; Spezifizieren des wenigstens einen Optimierungsparameters; und Spezifizieren einer Komponententoleranz.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei, wenn eine erste Seite, die einen Schritt in einem Filterdesignprozess umfasst, in der Benutzerschnittstelle als eine aktive Seite angezeigt wird, eine zweite Seite, die einen vorherigen Schritt im Filterdesignprozess umfasst, ausgewählt werden, um die aktive Seite zu werden, und eine dritte Seite, die einen späteren Schritt im Filterdesignprozess umfasst, nicht ausgewählt werden kann, um die aktive Seite zu werden, bevor der Schritt in der ersten Seite abgeschlossen wurde.