DE2061521B2 - Integrable RC bandstop filter - suppresses carrier using capacitors interconnected by clock operated switches whose number depends on carrier:clock frequency ratio - Google Patents

Integrable RC bandstop filter - suppresses carrier using capacitors interconnected by clock operated switches whose number depends on carrier:clock frequency ratio

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DE2061521B2 DE19702061521 DE2061521A DE2061521B2 DE 2061521 B2 DE2061521 B2 DE 2061521B2 DE 19702061521 DE19702061521 DE 19702061521 DE 2061521 A DE2061521 A DE 2061521A DE 2061521 B2 DE2061521 B2 DE 2061521B2
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    • H03H19/002—N-path filters

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Abstract

The integrable RC bandstop filter consists of a 4-pole network with a shunt resistor and a series two-pole. The series two-pole consists of the parallel combination of series-coupled capacitors and switches. The switches are cyclically closed for brief moments by a clock signal. The filter suppresses the carrier in modulation systems. The switches (S1-S3) are closed by a clock signal derived from the carrier. The clock frequency and the carrier frequency bear an integral relationship to the number of switches employed. The clock frequency is at least twice the highest signal frequency.

Description

nachgeschalteten Kondensatoren haben untereinander die gleichen Kapazitätswerte und sind mit Cbezeichnet In dem sich an diesen Längszweig anschließenden Querzweig liegt ein ohmscher Widerstand R. Für die Funktion der Schaltung kommt es nun darauf an, die s Schalter Sl bis S3 zyklisch im Rhy.hmus eines Taktsignals kurzzeitig zu schließen. Es ist dies aus F i g. 2 zu erkennen, die die Schaltfolge der einzelnen Schalter zeigt Die einzelnen Schalter werden nacheinander im Zeitabstand Γ 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.Downstream capacitors have the same capacitance values as one another and are designated with C. In the shunt arm connected to this series arm there is an ohmic resistor R. For the function of the circuit it is now important that the switches S1 to S3 cyclically briefly in the Rhy.hmus of a clock signal close. It is this from FIG. 2, which shows the switching sequence of the individual switches. The individual switches are closed one after the other at a time interval Γ, where it is important that the duration of the closure is short compared to the time interval T. Accordingly, each individual switch is closed at a time interval T , so that at the use of three switches the time T is equal to three times the time T. The duration T is known as the individual clocks, the duration T the sum clock can be taken from the literature cited at the beginning and the only thing that matters for proper functioning is that the clock frequency for the total clock T is at least twice as high as the highest transmission frequency that occurs.

In Fig.3 ist der Absolutbetrag des Spannungsver- 2s hältnisses |ίΛ/£/ι| in Abhängigkeit von der Frequenz / aufgetragen, wenn U\ die an den Eingangsklemmen 1,1' anliegende Wechselspannung und Ui die an den Ausgangsklemmen 2, 2' abzunehmende Wechselspannung darstellt (vergleiche F i g. 1). Die Sperrfrequenzen einer derartigen Bandsperre liegen nun bei geradzahligen Harmonischen der zu den Einzeltakten T' gehörenden Taktfrequenz und treten somit bei den Frequenzen MT, 21T, 3/T... auf, wie dies aus Fig.3 ebenfalls erkennbar ist Die Bandbreite B hat bei Verwendung von drei Schaltern den Wert A=V3Jr RQ woraus zu erkennen ist, daß durch geeignete Wahl der Größen R und C die Bandbreite außerordentlich — theoretisch sogar beliebig — schmal gewählt werden kann, was gerade für den Einsatz in Modulationssystemen zur Unterdrückung des Trägersignals bzw. von Trägerresten wesentlich istIn Figure 3, the absolute value of the voltage ratio is 2s | ίΛ / £ / ι | plotted as a function of the frequency / if U \ represents the alternating voltage applied to the input terminals 1, 1 'and Ui the alternating voltage to be taken from the output terminals 2, 2' (see FIG. 1). The notch frequencies of such a band-stop filter are now at even harmonics of the individual clocks T 'belonging clock frequency and thus occur at the frequencies MT, 21T, 3 / T ... on, as is also apparent from Figure 3, the bandwidth B has in Using three switches, the value A = V 3 Jr RQ can be seen from which it can be seen that the bandwidth can be selected extremely narrow - theoretically even arbitrarily - by suitable choice of the sizes R and C , which is especially useful for use in modulation systems to suppress the carrier signal or of carrier residues is essential

Es wird nun das zur Schließung der einzelnen Schalter Sl bis S3 verwendete Taktsignal direkt aus dem Trägersignal hergeleitet was beispielsweise durch eine Frequenzteilung oder eine Frequenzvervielfachung erfolgen kann. Hierfür 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 Teine 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 the clock signal used to close the individual switches S1 to S3 directly from the Carrier signal derived, for example, by frequency division or frequency multiplication can be done. 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 is identical even if the frequency of the Carrier signal fluctuates slightly. Because of the extremely low bandwidth, this also means that Use of relatively simple circuits distortions in the pass band of the filter to a large extent avoided. So if you choose in the exemplary embodiment when using three switches in one Carrier signal with a carrier frequency of 20 kHz for the total clock T a clock frequency that is an integer, the number of switches used is a multiple of the carrier frequency, i.e. 60 kHz, then the cut-off frequency of the filter is in the desired manner at 20 kHz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch: *^-/Claim: * ^ - / Aus Schaltern und Kondensatoren bestehende 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 |0 geschlossen werden und bei der dieser Parallelschaltung im Querzweig des Vierpols ein ohmscher Widerstand nachgeschaltet ist, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Unterdrückung des in einem Modulationssystem auftretenden Trägersignals in der Weise, daß das zur Schließung der einzelnen Schalter (Si, 52, S3) verwendete Taktsignal aus dem Trägersignal hergeleitet ist, derart, daß die Frequenz des Taktsignals und die Frequenz des Trägersignals in einem der Anzahl der verwendeten Schalter (Si, 52, 53) entsprechenden ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen und die Frequenz des Taktsignals wenigstens doppelt so groß ist wie die höchste zu übertragende Signalfrequenz. 2SBandstop filter for electrical oscillations consisting of switches and capacitors, in which the parallel connection of several branches, each consisting of the series connection of a switch and a capacitor, is arranged in the series branch of a four-pole terminal and the individual switches are cycled briefly at the rhythm of a clock signal | 0 are closed and in which this parallel connection in the shunt branch of the quadrupole is followed by an ohmic resistor, characterized by its use to suppress the carrier signal occurring in a modulation system in such a way that the clock signal used to close the individual switches (Si, 52, S3) is derived from the carrier signal in such a way that the frequency of the clock signal and the frequency of the carrier signal are in an integer ratio corresponding to the number of switches (Si, 52, 53) used and the frequency of the clock signal is at least twice as large as the highest signal frequency to be transmitted. 2S Die Erfindung betrifft eine aus Schaltern und Kondensatoren bestehende 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.The invention relates to an electrical bandstop filter, which consists of switches and capacitors Vibrations, in which in the series branch of a quadrupole the parallel connection of several, each from the series connection a switch and a capacitor of existing branches is arranged and the individual Switches are briefly closed cyclically in the rhythm of a clock signal and when this Parallel connection in the shunt arm of the quadrupole, an ohmic resistor is connected downstream. 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 herrührende Spannungen so zu unterdrücken, daß Störungen durch das 4<, Modulationssignal nicht mehr auftreten können. Zur Lösung dieser Aufgabe sind an sich mehrere Möglichkeiten bekannt. Beispielsweise kann man den Modulator 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. Dadurch halbiert sich jedoch die Trennlücke des Filters, wodurch zwingend auch dessen Bauelementezahl erhöht wird und dadurch auch die Toleranzforderungen an die einzelnen Bauteile verschärft wfden. Schließlich läßt sich der Trägerrest auch durch eine mit Schwingquarzen realisierte Bandsperre unterdrücken, was jedoch ebenfalls verhältnismäßig aufwendig ist, weshalb man bei den üblicherweise gestellten Anforderungen die beiden erstgenannten Möglichkeiten miteinander kombiniert. Die genannten (>s Wege stellen darüber hinaus eine Realisierung, die auf eine integrierte Bauweise, wie beispielsweise auf Dünnfilm- oder monolithische Technik, abzielt, von derIn communication technology, the problem of so-called carrier suppression occurs with modulation methods, in particular with all methods for single sideband modulation, ie it is necessary to suppress voltages originating from the modulation signal in such a way that interference from the 4 <modulation signal can no longer occur. Several possibilities are known per se for solving this problem. For example, the modulator can be constructed symmetrically so that it only emits a sufficiently small residual carrier. This method will not be completely successful because it makes tolerance and constancy requirements that are currently practically impossible to achieve on the individual components of the modulator. It is also possible to suppress the carrier residue using a so-called single sideband filter. As a result, however, the separation gap of the filter is halved, which inevitably increases the number of components and thereby also tightens the tolerance requirements for the individual components. Finally, the remainder of the carrier can also be suppressed by a band-stop filter implemented with quartz oscillators, which, however, is also relatively expensive, which is why the two first-mentioned options are combined with one another in the case of the requirements that are usually made. The above (> s ways also represent a realization that aims at an integrated construction, such as thin-film or monolithic technology, from the Toleranzseite her vor derzeit nicht lösbare Probleme.Tolerance side of currently unsolvable problems. Es ist aus der US-PS 34 11 110 ein Modulationssystem mit unterdrücktem Träger bekanntgeworden, bei dem unter anderem eine Einrichtung vorgesehen ist, die in Längszweigen angeordnete, parallelliegende Schalter enthält Diese bekannte Anordnung dient jedoch der Kontrolle bzw. der Verschiebung der Phasenlage eines hochfrequenten Signals wie beispielsweise eines Trägersignals und es werden dort die einzelnen Schalter nicht zyklisch im Rhythmus einer Taktfrequenz, sondern gemeinsam geschaltetIt is from US-PS 34 11 110 a modulation system became known with suppressed carrier, in which, among other things, a device is provided that in This known arrangement, however, is used for Control or shift the phase position of a high-frequency signal such as a carrier signal and there are the individual switches not cyclically in the rhythm of a clock frequency, but switched together 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 specifying a bandstop circuit which, if necessary can be realized in an integrated design and also with the requirements for the constancy and the Tolerances of the individual components can be reduced. 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 Trägersignals in der Weise verwendet ist, daß das zur Schließung der einzelnen Schalter verwendete Taktsignal aus dem Trägersignal hergeleitet ist, derart, daß die Frequenz des Taktsignals und die Frequenz des Trägersignals in einem der Anzahl der verwendeten Schalter entsprechenden ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen und die Frequenz des Taktsignals wenigstens doppelt so groß ist wie die höchste zu übertragende Signalfrequenz.Based on a bandstop filter for electrical oscillations consisting of switches and capacitors, in the series branch of a quadrupole, the parallel connection of several, each from the series connection a switch and a capacitor of existing branches is arranged and the individual switches are cyclically closed briefly in the rhythm of a clock signal and with this parallel connection an ohmic resistor is connected downstream in the shunt arm of the quadrupole, this object is achieved according to the invention solved in that such a bandstop filter to suppress the occurring in a modulation system Carrier signal is used in such a way that that used to close the individual switches Clock signal is derived from the carrier signal, such 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 are to each other and the frequency of the clock signal is at least twice as large as the highest to transmitting signal frequency. 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 Verfugung hat.The invention is based on the idea of using digital bandstop filters that are known per se to use cyclically commutated capacitors, since the bandwidth of such locks is arbitrary can be made narrow if you only have a sufficiently constant clock frequency available. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. Es zeigt in der ZeichnungIt shows in the drawing F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer an sich bekannten digitalen Bandsperre,F i g. 1 the basic circuit diagram of a known digital bandstop filter, F i g. 2 den Schaltrhy thmus der Taktsignale, mit denen die einzelnen Schalter kurzzeitig geschlossen werden,F i g. 2 the switching rhythm of the clock signals with which the individual switches are briefly closed, Fig.3 das Verhältnis von Ausgangsspannung zur Eingangsspannung einer solchen Bandsperre.3 shows the ratio of output voltage to Input voltage of such a bandstop filter. In der F i g. 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, bekanntgeworden ist Diese Bandsperre bildet einen Vierpol, dessen Eingangsklemmen mit 1 und Γ 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 Schalter 51, im zweiten Zweig der Schalter 52 und schließlich im dritten Zweig der Schalter 53 liegt. Die ihnen jeweilsIn FIG. 1 shows a digital bandstop filter whose circuit principle is, for example, a Publication in the journal "Transactions of the IRE", Professional Group on Aeronautical and Navigational Electronics, Dec. 1953, pages 21 to 26, became known This bandstop filter forms one Four-pole, the input terminals of which are marked with 1 and Γ and the output terminals with 2 and 2 '. In the series branch of the quadrupole, several individual branches are connected in parallel, each of which consists of the There is a series connection of a capacitor and a switch. There are three branches in the exemplary embodiment selected, so that the switch 51 in the first branch, im the second branch of the switch 52 and finally the switch 53 in the third branch. Each of them
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