DE2061521A1

DE2061521A1 - Bandstop filter for electrical oscillations consisting of switches and capacitors

Info

Publication number: DE2061521A1
Application number: DE19702061521
Authority: DE
Inventors: Werner Dr.-Ing. 8000 München Poschenrieder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-14
Filing date: 1970-12-14
Publication date: 1972-06-29
Also published as: DE2061521B2

Description

Aus Schaltern und Kondensatoren bestehende Bandsperre für elektrische Schwingungen Die Erfindung betrifft eine aus Schaltern und Kondensatoren bestehende Bandsperre für elektrische Schwingungen, bei der im Längs zweig eines Vierpols die Parallelschaltung mehrerer, jeweils aus der Serienschaltung eines Schalters und eines Kondensators bestehender Zweige angeordnet ist und die einzelnen Schalter zyklisch im Rhythmus eines Taktsignals kurzzeitig geschlossen werden und bei der dieser Parallelschaltung im Querzweig des Vierpols ein ohmscher Widerstand nachgeschaltet ist.Bandstop filter for electrical ones consisting of switches and capacitors Vibrations The invention relates to a circuit consisting of switches and capacitors Bandstop filter for electrical oscillations in which the longitudinal branch of a quadrupole Parallel connection of several, each from the series connection of a switch and a capacitor of existing branches is arranged and the individual switches cyclically be closed briefly in the rhythm of a clock signal and at the this parallel connection is followed by an ohmic resistor in the shunt arm of the quadrupole is.

In der Nachrichtenübertragungstechnik tritt bei Modulationsverfahren, insbesondere bei allen Verfahren zur Einseitenbandmodulation, das Problem der sogenannten Trägerunterdrückung auf, d.h. es ist erforderlich, vom Modulationssignal herrUlirende Spannungen so zu unterdrücken, daß Störungen durch das Modulationssignal nicht mehr auftreten können. Zur Lösung dieser Aufgabe sind an sich mehrere Möglichkeiten bekannt. Beispielsweise kann man den Modulator derart symmetrisch aufbauen, daß er nur mehr einen hinreichend kleinen Trägerrest abgibt. Es wird dieses Verfahren schon deshalb nicht vollständig gelingen, da es an die einzelnen Bauelemente des Modulators derzeit praktisch nicht zu erreichende Toleranz- und Konstanzforderungen stellt. Weiterhin ist es möglich, den Trägerrest durch ein sogenanntes Einseitenbandfilter zu unterdrücken.In communication technology, modulation processes occur especially with all methods for single sideband modulation, the problem of the so-called Carrier suppression, i.e. it is necessary to derive from the modulation signal To suppress voltages so that interference from the modulation signal no longer occurs may occur. Several possibilities are known per se for solving this problem. For example, you can build the modulator so symmetrically that it only gives off a sufficiently small carrier residue. It becomes this procedure for that reason alone not completely succeed, since it is currently attached to the individual components of the modulator makes demands of tolerance and constancy that cannot be achieved in practice. Farther it is possible to suppress the carrier residue using a so-called single sideband filter.

Dadurch halbiert sich jedoch die Trennlücke des Filters, wodurch zwingend auch dessen Bauelemente zahl erhöht wird und dadurch auch die Toleranzforderungen an die einzelnen Bauteile verschärft werden. Schließlich läßt sich der Trägerrest auch durch eine mit Schwingquarzen realisierte Bandsperre unterdrücken, was jedoch ebenfalls verhältnismäßig aufwendig ist, weshalb man bei den überZ cherweise gestellten Anforderungen die beiden erstgenannten Möglichkeiten miteinander kombiniert. Die genannten Wege stellen darüber hinaus eine Realisierung, die auf eine integrierte Bauweise, wie beispielsweise auf Dünnfilm- oder monolithisehe Technik, abzielt, von der Toleranzseite her vor derzeit nicht lösbare Probleme.However, this halves the separation gap of the filter, which is mandatory also the number of components is increased and thus the tolerance requirements to be tightened to the individual components. Finally, the carrier residue also realized by a quartz crystal Suppress bandstop, However, this is also relatively expensive, which is why one of the above-mentioned the first two options are combined with one another. The above-mentioned ways also represent a realization that is based on an integrated Construction, such as thin-film or monolithic technology, from the tolerance side, there are currently unsolvable problems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bandsperrenschaltung anzugeben, die sich gegebenenfalls in integrierter Bauweise realisieren läßt und bei der außerdem die Anforderungen an die Konstanz und die Toleranzen der einzelnen Bauteile erniedrigt werden können.The invention is based on the object of a bandstop circuit indicate that can be implemented in an integrated design, if necessary, and in addition, the requirements for the constancy and the tolerances of the individual Components can be lowered.

Ausgehend von einer aus Schaltern und Kondensatoren bestehenden Bandsperre für elektrische Schwingungen, bei der im Längszweig eines Vierpols die Parallelschaltung mehrerer, jeweils aus der Serienschaltung eines Schalters und eines Kondensators bestehender Zweige angeordnet ist und die einzelnen Schalter zyklisch im Rhythmus eines Taktsignals kurzzeitig geschlossen werden und bei der dieser Parallelschaltung im Querzweig des Vierpols ein ohmscher Widerstand nachgeschaltet ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine derartige Bandsperre zur Unterdrückung des in einem Modulationssystem auftretenden Trägersignales in der Weise verwendet ist, daß das zur Schließung der einzelnen Schalter verwendete Taktsignal aus dem Trägersignal hergeleitet ist.Based on a bandstop filter consisting of switches and capacitors for electrical oscillations in which the parallel connection in the series branch of a quadrupole several, each from the series connection of a switch and a capacitor existing branches is arranged and the individual switches cyclically in rhythm a clock signal are briefly closed and in this parallel connection an ohmic resistor is connected downstream in the shunt arm of the quadrupole, this is The object is achieved according to the invention in that such a bandstop filter is used for suppression of the carrier signal occurring in a modulation system is used in this way is that the clock signal used to close the individual switches from the Carrier signal is derived.

Bei der Erfindung wird von der Überlegung ausgegangen, an sich bekannte digitale Bandsperren mit zyklisch kommutierten Kondensatoren zu verwenden, da die Bandbreite solcher Sperren an sich beliebig schmal gemacht werden kann, wenn man nur eine ausreichend konstante Taktfrequenz zur Verfügung hat.The invention is based on the idea that is known per se digital bandstop filters with cyclically commutated capacitors should be used, since the Bandwidth of such locks can be made arbitrarily narrow if one only has a sufficiently constant clock frequency available.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.The invention will be explained below with the aid of an exemplary embodiment explained in more detail.

Es zeigen in der Zeichnung: Fig.1 das Prinzipschaltbild einer an sich bekannten digitalen Bandsperre; Fig.2 den Schaltrhythmus der Taktsignale, mit denen die einzelnen Schalter kurzzeitig geschlossen werden; Fig.3 das Verhältnis von Ausgangsspannung zur Eingangsspannung einer solchen Bandsperre.In the drawing: FIG. 1 shows the basic circuit diagram of a per se well-known digital bandstop filter; Fig.2 the switching rhythm of the clock signals with which the individual switches are briefly closed; Fig. 3 the ratio of output voltage the input voltage of such a bandstop filter.

In der Fig.1 ist eine digitale Bandsperre dargestellt, deren Schaltungsprinzip beispielsweise durch eine Veröffentlichung in der Zeitschrift ~Transactions of the IRE", Professional Group on Aeronautical and Navigational Electronics, Dec.1953, Seiten 21 bis 26, bekannt geworden ist. Diese Bandsperre bildet einen Vierpol, dessen Eingangsklemmen mit 1 und 1' und dessen Ausgangsklemmen mit 2 und 2' bezeichnet sind. Im Längszweig des Vierpols sind mehrere einzelne Zweige parallel geschaltet, von denen jeder aus der Serienschaltung eines Kondensators und eines Schalters besteht. Im AusführungsbeispieL sind drei Zweige gewählt, so daß also im ersten Zweig der Schalt S1, im zweiten Zweig der Schalter S2 und schließlich im dritten Zweig der Schalter S3 liegt. Die ihnen jeweils nachgeschalteten Kondensatoren haben untereinander die gleichen Kapazitätswerte und sind mit C bezeichnet. In dem sich an diesen Längs zweig anschließenden Querzweig liegt ein ohmsCher Widerstand R. Für die Funktion der Schaltung kommt es nun darauf an, die Schalter S1 bis S3 zyklisch im Rhythmus eines Taktsignals kurzzeitig zu schließen. Es ist dies aus Fig.2 zu erkennen, die die Schaltfolge der einzelnen Schalter zeigt. Die einzelnen Schalter werden nacheinander im Zeitabstand T geschlossen, wobei es darauf ankommt, daß die Schließungsdauer kurz ist gegenüber dem Zeitabstand T. Demzufolge wird also jeder einzelne Schalter im Zeitabstand T' geschlossen, so daß bei der Verwendung von drei Schaltern die Zeit T' gleich der dreifachen Zeit T ist. Die Zeitdauer T' nennt man bekanntlich auch die Einzeltakte, die Zeitdauer T den Summentakt. Als Schalter verwendet man Transistorschalter, deren Aufbau an sich ebenfalls bekannt ist. Die Funktionsweise eines solchen Filters kann an sich der eingangs genannten Literaturstelle entnommen werden und es kommt zur einwandfreien Funktion lediglich darauf an, daß die Taktfrequenz für den Summentakt T wenigstens doppelt so groß ist als die höchste auftretende Übertragungsfrequenz.1 shows a digital bandstop filter and its circuit principle for example through a publication in the journal ~ Transactions of the IRE ", Professional Group on Aeronautical and Navigational Electronics, Dec. 1953, Pages 21 to 26, has become known. This bandstop filter forms a four-pole, its Input terminals with 1 and 1 'and its output terminals with 2 and 2' are. In the series branch of the quadrupole, several individual branches are connected in parallel, each of which consists of the series connection of a capacitor and a switch. In the exemplary embodiment, three branches are selected, so that in the first branch the Switch S1, in the second branch of the switch S2 and finally in the third branch of the Switch S3 is on. The capacitors connected downstream of them have each other have the same capacitance values and are denoted by C. In which on this longitudinal An ohmic resistor R is connected to the branch. For the function The circuit now depends on the switches S1 to S3 cyclically in rhythm of a clock signal to close briefly. It can be seen from Fig.2 that the switching sequence of the individual Switch shows. The individual switches are closed one after the other at a time interval T, it being important that the Closing time is short compared to the time interval T. Accordingly, everyone will individual switches closed at a time interval T ', so that when using three Switch the time T 'is equal to three times the time T. The time period T 'is called as is well known, the individual clocks, the duration T the total clock. Used as a switch transistor switches, the structure of which is also known per se. How it works such a filter can be found in the literature cited at the beginning and the only thing that matters for proper function is that the clock frequency for the sum clock T is at least twice as large as the highest occurring Transmission frequency.

In Fig.3 ist der Absolutbetrag des Spannungsverhältnisses 1u2/u1 1 in Abhängigkeit von der Frequenz f aufgetragen, wenn U1 die an den Eingangsklemmen 1, 1' anliegende Wechselspannung und U2 die an den Ausgangsklemmen 2, 2' abzunehmende Wechselspannung darstellt (vergleiche Fig.1).In Figure 3, the absolute value of the voltage ratio is 1u2 / u1 1 plotted as a function of the frequency f if U1 is the at the input terminals 1, 1 'applied alternating voltage and U2 the one to be taken off at the output terminals 2, 2' Represents alternating voltage (see Fig. 1).

Die Sperrfrequenzen einer derartigen Bandsperre liegen nun bei geradzahligen Harmonischen der zu den Einzeltakten !' gehörenden Taktfrequenz und treten somit bei den Frequenzen 1/T', 2/tor, 3/T'... auf, wie dies aus Fig.3 ebenfalls erkennbar ist. Die Bandbreite B hat bei Verwendung von drei Schaltern den Wert B=1/5wRC, woraus zu erkennen ist, daß durch geeignete Wahl der Größen R und C die Bandbreite außerordentlich -theoretisch sogar beliebigschmal gewählte werden kann, was gerade für den Einsatz in Modulationssystemen zur Unterdrückung des Trägersignals bzw. von Trägerresten wesentlich ist.The blocking frequencies of such a bandstop filter are now even Harmonics of the individual measures! ' belonging clock frequency and thus occur at the frequencies 1 / T ', 2 / tor, 3 / T' ..., as can also be seen from FIG is. If three switches are used, the bandwidth B has the value B = 1 / 5wRC, from which It can be seen that the bandwidth is extraordinary through a suitable choice of the sizes R and C -theoretically, whatever narrow you want can be chosen in modulation systems to suppress the carrier signal or carrier residues is essential.

Es wird nun das zur Schließung der einzelnen Schalter S1 bis S3 verwendete Takt signal direkt aus dem Trägersignal hergeleitet, was beispielsweise durch eine Frequenzteilung oder eine Frequenzvervielfachung erfolgen kann. Hierfilr geeignete Schaltungen sind an sich bekannt. Dadurch sind die Frequenz des Trägersignals und die Sperrfrequenz des Filters selbst dann identisch, wenn gegebenenfalls die Frequenz des Trägersignals geringfügig schwankt. Wegen der außerordentlich geringen Bandbreite werden damit auch bei Verwendung verhältnismäßig einfacher Schaltungen Verzerrungen im Durchlaßbereich des Filters weitgehend vermieden. Wählt man also im Ausführungsbeispiel bei Verwendung dreier Schalter bei einem Trägersignal mit der Trägerfrequenz 20 kHz für den Summentakt T eine Taktfrequenz, die ein ganzzahliges, der Anzahl der verwendeten Schalter entsprechendes Vielfaches der Trägerfrequenz ist, also 60 kHz, dann liegt die Sperrfrequenz des Filters in der gewünschten Weise bei 20 kHz.It is now used to close the individual switches S1 to S3 Clock signal derived directly from the carrier signal, for example by a Frequency division or a frequency multiplication can take place. Circuits suitable for this are known per se. This means that the frequency of the Carrier signal and the cut-off frequency of the filter are identical even if applicable the frequency of the carrier signal fluctuates slightly. Because of the extremely low This means that bandwidth is also increased when using relatively simple circuits Distortions in the pass band of the filter are largely avoided. So you choose in the exemplary embodiment when using three switches with a carrier signal the carrier frequency 20 kHz for the sum clock T a clock frequency that is an integer, multiple of the carrier frequency corresponding to the number of switches used is 60 kHz, then the cut-off frequency of the filter is in the desired way at 20 kHz.

2 Patentansprüche 3 Figuren2 claims 3 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Consisting of switches and capacitors Bandstop filter for electrical oscillations, in which in the longitudinal branch of a quadrupole the Parallel connection of several, each from the series connection of a switch and a capacitor of existing branches and the individual switches cyclically are briefly closed in the rhythm of a clock signal and in this parallel connection an ohmic resistor is connected downstream in the shunt arm of the quadrupole, g e k e n their use to suppress the in a modulation system occurring carrier signal in such a way that the closing of the individual switch (51,52,53) used clock signal is derived from the carrier signal.

2. Band stop filter according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the frequency of the clock signal and the frequency of the carrier signal in an integer ratio corresponding to the number of switches used to stand by each other.