DE2051443C3

DE2051443C3 - Elektrische Filterschaltung

Info

Publication number: DE2051443C3
Application number: DE2051443A
Authority: DE
Inventors: Paul D. Dipl.-El.-Ing. Oberrohrdorf Iten; Jiri Dr.-Ing. Dr. Niederrohrdorf Mastner
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1970-09-28
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1979-02-01
Also published as: NL7113230A; AT313977B; US3747025A; CH522327A; DE2051443A1; DE2051443B2; GB1353337A; FR2106323A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Filterschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Elektrische Filterschaltungen dieser Gattung sind beispielsweise aus der DE-PS 12 85 635 bekannt. Dort werden den eingangsseitigen Bandpaßfiltern Detektionskreise in Gestalt von Hüllkurven-Gleichrichtern nachgeschaltet, deren Ausgangsspannung Schwellwertverstärkern zugeführt wird, die ihrerseits auf die Durchschaltung des gefilterten Eingangssignals auf eine Ausgangssammelschiene einwirken. Aufgrund der gewählten Detektion erfolgt die Signalverarbeitung vergleichsweise langsam; die Filterschaltung vermag schnellen Frequenzänderungen nicht mehr zu folgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Filterschaltung zu schaffen, die es ermöglicht, auch Signale mit schnellen Frequenzänderungen und großem Frequenzhub zu verarbeiten.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindunjsgemäß in den Merkmalen des Anspruchs 1. Die so ausgebildete Filterschaltung ermöglicht eine wesentlich schnellere Signalverarbeitung, da diese nur noch im wesentlichen durch die Filterlaufzeiten und die Eigenzeit der

Logikschaltung geschwindigkeitsmäßig bestimmt ist

Besondere Ausführungsarten der Erfindung ergeben sich aus dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel einer elektrischen Filterschaltung in Verbindung mit dessen Beschreibung.

Es zeigt die Figur eine beispielsweise Ausführungsform einer aus drei Bandpaßfiltern mit zugehöriger Logikschaltung aufgebauten elektrischen Filterschaltung. Die Eingangsspannung Ue wird den drei parallelge schalteten Eingängen der drei Bandpaßfilter 1, 11, 21 zugeführt Die Eckfrequenzen des Bandpaßfilters 1 sind mit f\ und f₂, die des Bandpaßfilters U mit h und 4 die des Bandpaßfilters 21 mit h und A bezeichnet Die einzelnen Durchlaßbereiche D\, Du, Eh\ überdecken sich an den Eckfrequenzen.

Als Bandpaßfilter können beispielsweise konventionell aufgebaute, d. h. aus passiven Elementen wie Induktivitäten, Kapazitäten und ohmschen Widerständen bestehende Bandpaßfilter verwendet werden.

Vorteilhaft ist es, aktive RC-Filter (Elektronik 1970, Heft 5, S. 149-152) vorzusehen.

Der Ausgang des ersten Bandpaßfilters 1 ist einerseits mit dem Eingang eines ersten !Comparators 2, andererseits mit dem Eingang eines ersten Analog-To res 7 verbunden. Der Vergleichseingang des ersten !Comparators 2 liegt an einer in ihrer Spannung U₀ einstellbaren Spannungsquelle. Der Ausgang des ersten Komparator ist mit dem ersten Eingang E\ eines ersten UND-Glieds 3 verbunden. Der Ausgang des ersten

■•s UND-Glieds 3 ist an den Eingang eines ersten Single-Shot-Flipflop 4 angeschlossen. Unter Single-Shot-FIipflop wird hier und im weiteren eine monostabile Kippstufe verstanden, die durch jeden, während ihrer Eigenzeit einlaufenden Impuls neu getriggert wird. Der Q-Ausgang des ersten Single-Shot-Flipflop 4 ist einerseits mit dem S-Eingang eines ersten Set-Reset-Flipflop 5, andererseits mit dem ersten Eingang E\ eines ersten ODER-Glieds 16 und dem ersten Eingang E\ eines zweiten ODER-Glieds 26 verbunden. Der (^-Ausgang des genannten ersten Set-Reset-Flipflop 5 ist mit dem Steuereingang des ersten Analog-Tores 7, dessen Ausgang an einer Ausgangssammelschiene liegt,

verbunden. '

Weiterhin ist der Ausgang des ersten ODER-Glieds 6

mit dem Λ-Eingang des genannten ersten Set-Reset-Flipflop 5 verbunden. An den Q-Ausgang des genannten ersten Single-Shot-Flipflop 4 sind der zweite Eingang Ei eines zweiten UND-Glieds 13 sowie der dritte Eingang £3 eines dritten UND-Glieds 23 angeschlossen.

Die sich an den zweiten und dritten Bandpaßfilter anschließenden Stufen sind in gleicher Weise wie die soeben beschriebene Stufe aufgebaut:

Der Ausgang des zweiten Bandpaßfilters 11 ist

einerseits mit dem Eingang eines zweiten !Comparators 12, andererseits mit dem Eingang eines zweiten Analog-Tores 17 verbunden. Der Vergleichseingang des zweiten !Comparators 12 liegt an der gleichen Spannung Uq. Der Ausgang des zweiten !Comparators 12 ist mit dem ersten Eingang £\ eines zweiten UND-Glieds 13 verbunden. Der Ausgang dieses UND-Glieds 13 ist an den Eingang eines zweiten Single-Shot-Flipf!op 14 angeschlossen, dessen Q-Ausgang einerseits mit dem S-Eingang eines zweiten Set-Reset-Flipflop 15, andererseits mit dem ersten Eingang E\ eines dritten ODER-Glieds 6 und dem zweiten Eingang des zweiten ODER-Glieds 26 verbunden ist Der Q-Ausgang des genannten zweiten Single-Shot-Flipflop 14 ist mit dem zweiten Eingang Ei des ersten UND-Glieds 3 und dem zweiten Eingang E₁ des dritten UND-Glieds 23 verbunden.

Der Ausgang des dritten ODER-Glieds 6 ist mit dem Ä-Eingang des zweiten Set-Reset-Flipflop 15 verbunden, an dessen Ausgang der Steuereingang des zweiten Analog-Tores 17 angeschlossen ist Der Ausgang dieses Analog-Tores 17 liegt an der bereits erwähnten Ausgangssammelschiene A.

Der Ausgang des Bandpaßfilters 21 ist einerseits mit dem Eingang eines dritten !Comparators 22, dessen Vergleichseingang mit den Vergleichseingängen der beiden anderen Komparatoren 2 und 12 verbunden ist andererseits mit dem Eingang eines dritten Analog-Tores 27 verbunden. Der Ausgang des !Comparators 22 ist mit dem ersten Eingang E\ des dritten UND-Glieds 23 verbunden. An den Ausgang dieses UND-Glieds ist der Eingang eines dritten Single-Shot-Flipflop 24 angeschlossen, dessen Q-Ausgang mit dem 5-Eingang eines dritten Set-Reset-Flipflop 25 verbunden ist Der (^-Ausgang des genannten dritten Single-Shot-Flipflop 24 ist mit dem dritten Eingang £3 des ersten UND-Glieds 3 und dem dritten Eingang E₃ des zweiten UND-Glieds 13 verbunden. Der Ä-Eingang des dritten Set-Reset-Flipflop 25 ist dem Ausgang des zweiten ODER-Glieds 26 verbunden. An den (^-Ausgang des w dritten Set-Reset-Flipflop 25 ist der Steuereingang des dritten Analog-Tores 27 angeschlossen, dessen Ausgang mit der Ausgangssammelschiene A verbunden ist

Um die Funktionsbeschreibung der oben beschriebenen Schaltungsanordnung zu vereinfachen, sind die Ausgangsspannungen (Ausgangsimpulse) der Bausteine wie folgt bezeichnet:

Spannung (Impuls) am Ausgang des Bausteins /: U„ Negation der Spannung (des Impulses) L/,: ίΛ
Die Wirkungsweise, ebenso der Aufbau der einzelnen so Bausteine wird nicht näher erläutert, da sämtliche Bausteine zum Stande der Technik zu zählen sind.

Im Ruhezustand seien die Spannungen U\,..., Us, Uw,.., L/15 und Lh\, ■ ■., Uk gleich Null. Damit ist auch die Spannung Ua an der Ausgangssammelschiene A v> gleich Null. Die Eingangsspannung Ue an der Eingangssammelschiene E bestehe aus einem Frequenzgemisch, in dem das Nutzsignal die absolut größte Amplitude (größer als ίΛ) aufweist. Beim Anlegen dieser Eingangsspannung Ue ändert beispielsweise der erste Komparator 2 seinen Ausgangszustand von »0« auf »1«. Dies bedeutet, daß die Frequenz des Nutzsignals im Durchlaßbereich A des ersten Bandpaßfilters 1 liegt und daß die Nutzsignal-Amplitude am Ausgang dieses Bandpaßfilters größer ist als die am Vergleichseingang fr", des !Comparators 2 anliegende Spannung Uo- Der Komparator 2 fällt dann wieder in seinen Ausgangszustand (»0« am Ausgang) zurück, wenn U₁ kleiner als i/o ist. Da U\ im allgemeinen eine Wechselspannung ist, entstehen am Ausgang des !Comparators 2 {^-Impulse mit einer Pulsbreite kleiner als die halbe Periodendauer von U\. Die ίΛ-Impulse passieren das UND-Glied 3 und setzen den Single-Shot-Flipflop 4 hoch (Ui = »1«, ίΛ = »0«). Damit wird auch der Set-Reset-Flipflop 5 hoch gesetzt (Us = »\«) und U₅ bewirkt nun das Schließen der Verbindung zwischen Bandpaßfilter 1 und Ausgangssammelschiene A mittels des Analog-Tores 7. Dieses Analog-Tor, ebenso wie die Analog-Tore 17 und 27, kann man sich im einfachsten Fall aJs Relais mit einem Arbeitskontakt vorstellen, wobei die Spannung ίΛ die Relaisspule erregt

Während des Zeitraumes, in dem das Bandpaßfilter 1 mit der Ausgangssammelschiene A verbunden ist muß nun Sorge getragen werden, daß die restlichen Spannungspfade, & h. die Verbindungen von Bandpaßfilter 11 und Bandpaßfilter 21 zur Ausgangssammelschiene A gesperrt sind. Dies erfolgt durch die UND-Glieder 13 und 23. Ist der Single-Shot-Flipflop 4 gesetzt so ist seine Spannung i/4 am (^-Ausgang gleich Null. Damit sind der zweite Eingang '.';■ des UND-Glieds 13 und der dritte Eingang £3 des dritten UND-Glieds 23 ebenfalls »0«. Ein i/12- bzw. t/a-Impuls könnte also die beiden UND-Glieder nicht passieren, während der Q-Ausgang des Single-Shot-Flipflop 4 sich im »O«-Zustand befindet Am UND-Glied 3 ist hingegen die UND-Bedingung beim Eintreffen eines ί/2-Impulses erfüllt da die am zweiten und_ dritten Eingang anliegenden Spannungen U^ und Un gleich »1« sind. Die Zeit während der die UND-Glitder 13 und 23 »gesperrt« werden, ist von der Eigenzeit des Single-Shoi-FIipflop 4 abhängig. Diese Eigenzeit muß größer sein als eine volle Periode der Eckfrequenz f\ des Bandpaßfilters 1, um überhaupt eine volle Periode der Spannung U\ auf die Ausgangssammelschiene A zu übergeben. Um Schaltunsicherheiten zu vermeiden; wählt man diese Eigenzeit jedoch um den Faktor 2 bis 3 größer.

Hat nun die Spannung U\ den Pegel i/o unterschritten, so bleibt zwar der Spannungspfad Ausgang des Bandpaßfilters 1 zur Ausgangssammelschiene A geschiossen, die gesamte Schaltungsanordnung wird jedoch mittels ODER-Glied 6 vorbereitet um einen anderen Bandpaßfilter mit der Ausgangssammelschiene A zu verbinden. Nach Ablauf de£ Eigenzeit des Single-Shot-Flipflop 4 ist ί/₄ = »0«, £/₄«»l«. Entsteht nun z. B. ein i/12-ImpuIs, d. h. liegt die Frequenz des Nutzsignals im Durchlaßbereich des Bandpaßfilters 11 und ist die Ausgangsspannung Uu dieses Filters größer als U₀, so ist die UND-Bedingung am UND-Glied 13 erfüllt der i/12-Impuls kann das UND-Glied 13 passieren und setzt als t/13-Impuls den Signal-Shot-Flipflop 14 hoch (£/μ = »1«, I7m = »0«). Vh bewirkt die Sperling der UND-Glieder 3 und 23, Uu setzt über die ODER-Glieder 6 und 26 die Set-Reset-Flipflops 5 und 25 auf Null zurück — das letztere natürlich nur dann, wenn es vorher gesetzt war. t/14 bewirkt weiterhin dar Setzen des Set-Reset-Flipflop 15 ft/|₅ = »1«) und schließt die Verbindung zwischen Bandpaßfilter 11 und der Ausgangssammelschiene A.

Das hiei beschriebene Ausführungsbeispiel ist mit drei Bandpaßfiltern bestückt Werden η Bandpaßfilter, beispielsweise zur Erhöhung der Selektivität eingesetzt so sind eine entsprechende Anzahl Komparatoren, UND-Glieder, Single-Shot-Flipflops, ODER-Glieder, Set-Reset-Flipflops und Analog-Tore vorzusehen. Die UND-Glieder müssen dann η Eingänge, die ODER-

Glieder (π-)) Eingänge aufweisen. Die UND-Glieder ■lind dann auf folgende Weise zu schalten:

Das r-te UND-Glied ist mit seinem ersten Eingang mit dem Ausgang des r-ten !Comparators, sein Ausgang mit dem Eingang des r-ten Single-Shot-Flipflop, seine übrigen Eingänge jeweils mit den (^-Ausgängen der restlichen (n— 1) Single-Shot-Flipflops zu verbinden.

Die ODER-Glieder sind wie folgt zu beschälten:
Das r-te ODER-Glied ist mit seinem Ausgang mit dem /?-Eingang des r-ten Set-Reset-Flipflop, seine (n- 1) Eingänge sind mit den (^-Ausgängen der anderen Single-Shot-Flipflops (mit Ausnahme des r-ten) zu verbinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Elektrische Filterschaltung mit mindestens zwei eingangsseitig parallelgeschalteten, unterschiedliche Durchlaßcharakteristik aufweisenden Bandpaßfiltern, Schaltmitteln zur wahlweisen Verbindung eines Bandpaßfilterausgangs mit einer Ausgangssammelschiene, einer Logikschaltung zur Steuerung der Übergabe der Ausgangsspannung des Bandpaßfilters, in dessen Durchlaßbereich die besagte Bandpaßfilter-Ausgangsspannung einen einstellbaren Pegel überschritten hat, und zur Sperrung der restlichen Spannungspfade, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Bandpaßfilter-Ausgangsspannung (Ut, L»n,...) auf die Ausgangssammelschiene (A) in Abhängigkeit vom Momentanwert der genannten Ausgangsspannung erfolgt und daß nach Unterschreiten des Schwellwertes die Durchschaltung des zuletzt durchgeschalteten Bandnaßfilter-Ausganges erhalten bleibt, die Logikschaliang jedoch derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die Umschaltung auf einen anderen Bandpaßfilter-Ausgang bei Änderung der Frequenz des Eingangssignals (Ue) vorbereitet ist
2. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß η Bandpaßfilter (1,11, 21,...) und η Komparatoren (2, 12, 22,...) vorgesehen sind, daß an jeden Komparatorausgang je ein π Eingänge aufweisendes UND-Glied (3, 13, 23,...) angeschlossen ist, daß der Ausgang jedes UND-Gliedes mit dem Eingang einer zwei komplementäre Ausgänge (Q, Q) aufweisenden monostabilen Kippstufe (4, 14„ 24,...) mit einer Eigenzeit größer als die Periodendaiier der unteren Grenzfrequenz des ihr zugeordneten & idpaßfilters verbunden ist, (^-Ausgang jeder monostabilen Kippstufe mit dem S-Eingang eines ÄS-Flipflop (5, 15, 25,...) verbunden ist, dessen Ausgang auf den Steuereingang je eines Schalters (7, 17, 27,...), welcher den ihm zugeordneten Bandpaßfilterausgang auf die Ausgangssammelschiene (A) schaltet, wirkt, daß mit jedem /{-Eingang der genannten /?5-Flipflops n— 1 Eingänge aufweisende ODER-Glieder (6,16,26,...) ausgangsseitig verbunden sind, deren Eingänge mit den C?-Ausgängen der übrigen monostabilen Kippstufen (4, 14, 24,...) ausgangsseitig verbunden sind, und daß jeweils die freien Eingänge des n-ten UND-Gliedes (3, 13, 23,...) mit den (^-Ausgängen der übrigen n—\ monostabilen Kippstufen (4, 14, 24,...) verbunden sind.
3. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle von π Bandpaßfiltern die UND-Glieder (3, 13, 23,...) π Eingänge aufweisen, die ODER-Glieder (6, 16, 26,...) (n-1) Eingänge aufweisen.