DE2316436C2

DE2316436C2 - Frequenzfilter mit einer aus zwei parallelen Filterzweigen bestehenden und durch einen Frequenzgenerator gesteuerten Filterschaltung

Info

Publication number: DE2316436C2
Application number: DE2316436A
Authority: DE
Inventors: Artur Dr.-Ing. Gruen; Ernst-Robert Dipl.-Ing. Paessler; Kurt Dipl.-Ing. Smutny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-02
Filing date: 1973-04-02
Publication date: 1975-03-27
Also published as: DE2316436B1; CH566090A5; US3912916A; PL88654B1; FR2223898B1; FR2223898A1

Description

Rndune bezieht sich auf ein Frequenzfilter

Uie trnn g _araii_ei_en Filterzweigen besiehen-

mit einerau■, η _Frequen,zgenerator gesteuerten

.5 den undjurch emeη ^ _Filterzwei!, _eine

^Fliter^,^." ,f_k'.._tionsstufe mit einem ,i*ischenfHter erst,· Μυΐιφι J. _Muhiplikationsstufe in Reh. liegt und einer a^^ten ^ _{eine A}dditionsstüfe zum

und beide ^h'^llt' °_{h ltung} zusammengefaßt sind, ,o Ausga ng der filier ,f _{rator /wi:i v incln}.

bc: dem n-rnti μ _{A signa},_{c it}._fcr,

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gerührt ist. _fi, _{ist aus der} Zi:itichrift

Ein solche F^"^en^ ^cr / ,₉₇, _Vo, _{7 Nr 12}

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quen_Zgenerator(5') gelieferten Ausgangssignals ein?™

_{ellten Aufgabc gcllngt bei} Sr e^^cschriebenen Art na. _£r

„tor, (5) lieferten Ausgangssigna, unter-

5 Sequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der von dem Frequenzgenerator (5 bzw. 5') gelieferten Ausersten Mu.tiplikationsstufen »gj^n ^Einganp-5" signal mit- oder gegcngekoppelt ist und diese Koppe-

TSSrS Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlau! der Ausgangssignale so beschaffen ist. daß die Ausgangssignale⁸ periodisch für einen bestimmten Zeitibschnitt den Wert Null aufweisen und daß während eines solchen Zeitabschnittes die Nullpunktfehler der in der Filterschaltung (4) enthaltenen Bauelemente (40 bis 47) gemessen und korrigiert sind

7 Frequenzfllter nach Anspruch !, dadurch «kennzeichnet, daß als Zwischenfilter (44 und 45) Integrationsstufen vorgesehen und diese Integrationsstufen nach Erreichen eines bestimmlen Integrationswertes um einen definierten Wert lurückgestellt und die Anzahl der Rückstellungen unter Berücksichtigung des Rückstellvorzeichens ^^^VSnstellen der Bandbreite wird nach ein^AusgSung der Erfindung djdurch e^ch,

daß eine dritte ^Mul^'^lkai°^nss'^U _h ^f!.™Vin_BTs_Cn"cs Eingang am Ausgang der Filterschaltung angtschlos-

sen und deren anderem E.ngang «"Jcr gwuijchten Bandbre.te entsprechendes Signal^zugefuhr ,st und daß der Ausgang dieser dritten Μ^'Ρ¹'^'⁰"^^ mit dem das Eingangssignal fuhrenden Eingang der ersten Multiplikationsstufen verbunden ist.

Eine Resonanziiberhohung und Vergrößerung der Bandbreite des Frequenzfilters wird dadurch erreicht, daß am Ausgang der Filterschaltung cmc zweite Filterschaltung angeschlossen ist und der Ausgang

der zweiten Filterschaltung mit dem Eingang der ersten Filterschaltung rückgekoppelt ist. Eine Vergrößerung der Bandbreite ist auch dadurch möglich, daß der zweiten Filterschaltung em eigener Frequenz-

generator zugeordnet ist und die Frequenz des von diesem Frequenzgenerator gelieferten Ausgangssignals sich von der Frequenz des von dem der ersU'n Filterschaltung zugeordneten Frequenzgeneratnrs gelieferten Ausgangssignals unterscheidet.

Macht man die Frequenz der von dem Frequen/-generator gelieferten Ausgangssignale einstellbar, so kann das Frequenzfilter nach Fertigstellung entsprechend dem Verwendungsfall auf die gewünschte Frequenz eingestellt werden. Hierdurch wird insbesondere die Massenfertigung erleichtert und es erübrig! sich eine Lagerhaltung verschiedener Filtertypen bzw. der solche Filter enthaltenden Gerätetypen.

Die Einflüsse der Nullpunktfehler der Bauelemente auf die Eigenschaften des Frequenzfilters können dadurch ausgeschaltet werden, daß der zeitliche Verlauf der Ausgangssignale so beschaffen ist. daß die Alisgangssignale periodisch für einen bestimmten /.eituhschnitt den Wert Null aufweisen und daß wahrend eines solchen Zeitabschnittes die Nullpunktfehler der in der Filterschaltung enthaltenen Bauelemente gemessen und korrigiert sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Frequenzfilter dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenfilter Integrationsstufen vorgesehen und diese Integrationsstufen nach Erreichen eines bestimmten Integrationswertes um einen definierten Wert zurückgestellt und die Anzahl der Rückstellungen unter Berücksichtigung des RückstcllvorzeicliLns aufsummiert sind und daß das Ausgangssignal der Integrationsstufen der Summe des jeweiligen Integrationswertes und der aufsummierten Anzahl der Rückstellungen entspricht. Bei einer derartigen Ausführung des Frequenzfilters können die üblicherweise in den Integrationsstufen vorhandenen Kondensatoren wesentlich verkleinert werden. Für den Einsatz von integrierten Schaltkreisen bei dem beschriebenen Frequenzfilter ist es vorteilhaft, das Eingangssignal dem Eingang der Filterschaltung über einen Analog-Digital-Umwandler zuzuführen.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispicls wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I ein schematischcs Schaltbild eines Frequenzfilters,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines aus zwei hintereinandergeschaltetcn Filtcrschaltungen bestehenden Frequenznlters.

Gleiche Teile sind in den beiden Figuren jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In den F i g. 1 und 2 ist an eine Leitung 1. über welche Signale verschiedener Frequenz gesendet werden, über ein Vorselektionsfilter 2 und einen Analog-Digital-Umwandler 3 eine Filterschaltung 4 angeschlossen.

Die Filterschaltung 4 besteht aus zwei parallelen Filterzweigen. In jedem Filterzweig ist eine erste Multiplikationsstufe 40 bzw. 41 mit einem Zwischenfilter 44 bzw. 45 und einer zweiten Multiplikationsstufe 46 bzw. 47 in Reihe geschaltet. Die Ausgänge der zweiten Multiplikationsstufen 46 und 47 sind an Eingänge einer Additionsstufe 48 angeschlossen. Der Ausgang dieser Addiiionsstufe 48 bildet den Ausgang 49 der Filterschaltung 4. Die Zwischenfilter 44 und 45 sind als Integrarcnsstufen ausgebildet. Die ersten Multiplikationsstufen 40 und 41 sind mit ihrem einen Eingang mit dem Ausgang des Analog-Digital-Umwandlers 3 verbunden. Dieser Eingang der ersten

Multiplikaiionsslufen 40 und 41 bildet den Eingang der Filterschallung4.

Die Filterschaltung 4 wird durch einen Frequenzgenerator 5 gesteuert. Dieser Frequenzgenerator 5 weist zwei Ausgänge 51 und 52 auf, deren Ausgangssignale voneinander linear unabhängig sind, d. h. die beiden Signale sind um einen bestimmten Winkel gegeneinander phasenverschoben. Beträgt die Phasenverschiebung beispielsweise 90 , so kann der Ausgang 51 ein Sinussignal und der Ausgang 52 ein Kosinussignal führen. Der Ausgang 51 des Frequenz-Generators 5 ist jeweils mit dem anderen Eingang der •rsten Multiplikationsstufe 40 und der zweiten Multiplikationsstufe 46 des einen Filterzweiges der Filterschaltung 4 verbunden. Der Ausgang 52 des Frequenzgenerators 5 ist jeweils mit dem anderen Eingang der in dem anderen Filterzweig angeordneten Multipl'.l.ationsstufen 41 und 47 verbunden.

Der Ausgang 49 der Filters'.-':altung, 4 ist an den einen Hingang einer dritten Multiplikationsstufe 6 angeschlossen. Dem anderen Eingang dieser Multiplikationsstufe ist ein einstellbares Signal 7 zugefühlt, durch welches die Bandbreite des Frequenzfilters eingestellt wird. Der Ausgang der dritten Multiplikationsslufe 6 ist über eine Umkehrsstufe 8 mit dem Eingang der Filterschaltung 4 verbunden.

In F i g. 2 ist an den Ausgang 49 der Filterschaltung 4 eine zweite Filterschaltutig 4' angeschlossen. Diese Filterschaltung 4' ist genauso aufgebaut wie die Filterschaltung 4. Zur Unterscheidung sind lediglich die Bezugszeichen der Bauelemente der Filterschaltung 4' jeweils mit einem ' gekennzeichnet. Der Ausgang der Filterschaltung 4' ist, wie bei dem Frequenzfilter nach Fig. I, über eine dritte Multiplikationsstufe 6 und eine Umkehrstufe 8 mit dem Eingang der Filterschaltung 4 gegengekoppelt. Bei dem Frequenz-IiItor nach Fig. 2 können die einen Eingänge der ersten MuUiplikationsstufe 40' und 41' sowie der /weiten Multiplikationsstufe 46' und 47' parallel mit den entsprechenden Eingängen der Multiplikationsstufen der Filterschaltung 4 an die Ausgänge 51 und 52 des Frequenzgenerators 5 angeschlossen sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, für die Filtcrschaltung 4' einen eigenen Frequenzgenerator 5' vorzusehen, wie dies gestrichelt angedeutet ist. Die Multiplikationsstufen 40', 4Γ und 46', 47' der Filterschaltung 4' werden dann an die Ausgänge 51' und 52' des Frequenzgenerators 5' angeschlossen. Die Verbindung mit den Ausgängen 51 und 52 des Fre-Ljuen/generators 5 entfällt in einem solchen Falle.

Durch das Vorselektionsfilter 2 werden die den parasitären Resonanzstellen der Filterschaltung 4 entsprechenden Frequenzen ausgesiebt. Danach werden in dem Analog-Digital-Umwandler 3 die als analoge Größen eintreffenden Signale in digitale Signa'e umgewandelt. Dieser Anaiog-Digital-Umwandlcr kann entfallen, wenn für die Filterschaltung Bauelemente verwendet werden, die mit analogen Größen arbeiten.

Die Ausgangssignale des Analog-Digital-Umwandlers 3 werden parallel dem einen Eingang der beiden ersten Multiplikatioiisstufen 40 und 41 der Filterschaltung 4 zugeführt. In diesen ersten Multiplikationsstufen 40 und 41 werden die zugeführten Signale mit den von dem Frequenzgenerator 5 abgegebenen Resonanzfrequenzen multipliziert. Dadurch, daß die Ausgangssignale des Frequenzgenerators 5 voneinander linear unabhängig sind, d. h. gegeneinander

phasenverschoben sind, ist keine Synchronisation zwischen den über den Analog-Digital-Umwandkr 3 zugeführten Signalen und der von dem Frequenzgenerator S abgegebenen Resonanzfrequenz erforderlich.

Das in den ersten Multiplikationsstufen 40 und 41 gebildete Produkt aus der zugeführten Frequenz und der von dem Frequenzgenerator 5 abgegebenen Resonanzfrequenz wird jeweils den aus lntcgration·,-stufen bestehenden Zwischenfiltern 44 und 45 zugeführt. An dem Ausgang der Integrationsstufen 44 und 45 erscheint nur dann ein von Null verschiede nes Signal, wenn das von den ersten Multiplikationsstufen 40 und 41 zugeführte Frequenzprodukt aus annähernd gleichen Frequenzen gebildet isi. Dies bedeutet, daß am Ausgang der Integrationsstufen 44 und 45 nur dann ein von Null verschiedenes Signal auftritt, wenn die Frequenz des über den Analog-Digital-Umwandler 3 zugeführten Signals etwa gleich der von dem Frequenzgenerator 5 den ersten Multiplikationsstufen 40 und 41 zugeführten Frequenz ist. Am Ausgang der zweiten Multiplikationsstufen 46 und 47 erscheint daher wiederum nur ein Ausgang¹· signal. wenn an dem Ausgang der Intcgrationsstufen

44 und 45 ein von Null verschiedenes Signal ansteht.

Das Ausgangssignal der Integrationsstufen 44 und

45 stellt einen Koeffizienten für die in den beiden Filterzweigen der Filterschaltung 4 gebildeten Frequenzkomponenten dar. In den zweiten Multiplikationsstufen 46 und 47 wird dieser Koeffizient dann mit der Frequenz des Frequenzgenerators 5 multipliziert. Die an dem Ausgang der beiden zweiten Multiplikationsstufen 46 und 47 erscheinenden Komponenten werden in der Additionsstufe 48 zusammengefügt und als Ausgangssignal dem Ausgang 49 der Filtersehaltung zugeführt.

Sind bei einem Frequenzlilter. wie in F i g. 1 dargestellt, zwischen den ersten und den zweiten Multiplikationsstufen Integrationsstufen 44 und 45 angeordnet, so muß wegen der nahezu unendlichen Verstärkung der Integrationsstufen für Glcichsignale d;is .Ausgangssignal der Filtersehaltung 4 mit dem Eingang der Filtersehaltung gegengekoppelt werden. Durch die Multiplikation des Ausgangssignals mit einem einstellbaren Signal 7 in der dritten Multiplikationsstufe 6 wird das Ausganassignal für die Gegenkoppelung entsprechend bewertet. Durch die Umkehrstufe 8 wird das Ausgangssigna! der dritten Multiplikationsstufe 6 umgekehrt und bewirkt somit die Gegenkoppelung.

Bei einem Frequenzfilter nach der F i g. 2 wird das Ausgangssignal am Ausgang 49 der ersten Filtersehaltung 4 dem Eingang einer zweiten Filtersehaltung 4' zugeführt. Durch eine solche Kaskadenscnaituns von zwei Filterschaltungen wird eine Verstärkung der Resonanzüberhöhung erreicht. Durch die Gegenkoppelung des Ausgangs 49' der zweiten Filterschallung 4' mit dem Eingang der ersten Filtersehaltung 4 wird die Bandbreite des Frequenzfilters vcrgrößert. Ordnet man der zweiten Filtersehaltung 4' einen eigenen Frequenzgenerator 5' zu, so kann die Frequenz der von diesem Frequenzgenerator gelieferten Ausgangssignale von der Frequenz der von dem Freqiienzgcnerator 5 der ersten Filtersehaltung 4 ge-

Ki lieferten Ausgangssignale verschieden sein. Aul diese WeisL' erhält das Frequenzfilter auch eine größere Handbreite.

Wenn in einer Nachrichtenleitung mehrere Kanäle vorgesehen sind, dann steht für die einzelnen Kanüle meist nur ein schmales Frequenzband zur Verfügung. Solche schmalen Frequenzbänder erfordern Frequenzfilter, deren Resonanzfrequenz nui einer geringen Schwankungsbreite unterworfen ist. Bei dem Frequenzfilter nach der Erfindung wird die Schwankungsbreite der Resonanzfrequenz durch die Frequenzkonstanz des Frequenzgenerators f! Kstimmt. Durch die Verwendung eines quarzstabilisierten Frequenzgenerators wird eine hinreichende Konstanz der Resonanzfrequenz gewährleistet. Die Resonanzlrcquenz wird durch Frequenzteilung von der Frequenz des Quarzes abgeleitet.

Macht man das Teilerverhältnis des l'requen/-generators 5 bzw. 5' einstellbar, so kann die Resonanzfrequenz des Frequenzfilters jeweils entsprechend

dem Verwendungsfall eingestellt werden. Das bedeutet, daß das Frequenzfilter nicht für einen bestimmten Anwendungsfall gefertigt werden muß. Hierdurch ergeben sich Erleichterungen für die Fertigung und insbesondere ist keine Lagerhaltung verschiedene'

Filtertypen weder beim Hersteller noch beim Kunden erforderlich. Weiterhin ist es von Vorteil, daß bei dem Frequenzfilter neben der Frequenz auch die Bandbreite, die ebenfalls vom Verwendungslall abhängig ist. eingestellt werden kann.

4'j Das Frequenzfilter nach der Erfindung weist du· guten Selektionseigenschaften eines LC-Filters aul und besitzt darüber hinaus noch eine hohe Konstanz der Mittenfrequenz und eine hohe Güte auch he niederen Frequenzen.

Bei einer ausreichenden Dämpfung der Zwischen filter besteht die Möglichkeit, dem Eingang der zwei ten MulüpUkationsstufe, dem die Frequenz de· Frequenzgenerators zugeführt ist, an Stelle diese Frequenz ebenfalls das Ausgangssignal des Zwischen

filters zuzuführen. Die Multiplikationsstufe bilde dann das Quadrat von dem Ausgangssignal des Zw i schenfilters. Durch die Addition der Ausgangssignal der beiden zweiten Multiplikationsstuferferhält ma am Ausgang der Additionsstufe ein Signal, das etw

dem Quadrat eines demodulierten Signals eine LC-Filters entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzfllter mit einer aus zwei parallelen Filterzweigen bestehenden und durch einen Frequenzgenerator gesteuerten Filterschaltung, bei «iem in jedem Filterzweig eine erste Multiplikationsstufe mit einem Zwischenfilter und einer zweiten Multiplikationsstufe in Reihe liegt und beide Filterzweige über eine Additionsstufe zum Ausgang der Filterschaltung zusammengefaßt sind, bei dem ferner der Frequenzgenerator zwei voneinander linear unabhängige Ausgangssignale liefert, deren Frequenz gleich der aus einem Eingangssignal auszufilternden Frequenz ist, wobei das eine Ausgangssignal den Multiplikation*- stufen des einen Filterzweiges und das andere Ausgangssienal den Multiplikationsstufen des anderen Rlterzwciges zugeführt ist. dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t. daß das am Ausgang der Filterschaltung (4) anstehende Frequcnzsignal mit dem den ersten Multiplikationsstufen (40, 41) zugeführten Eingangssignal mit- oder gegengekoppelt ist und diese Koppelung einstellbar ist

2. Frequenzfilter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Multiplikation:; stufe (6) mit ihrem einen Eingang am Ausgang (49) der Filterschaltung (4) angeschlossen und deren anderem Eingang ein der gewünschten Bandbreite entsprechendes Signal (7) zugeführt ist und daß der Ausgang dieser dritten Multiplikntionsstufe (6) mit dem aas .-eingangssignal fuhrenden Eingang der ersten Multiplikationsstufen (40 bzw. 41) verbunden ist.

3. Frequenzfllter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (49) der Filterschaltung (4) eine zweite Filterschaltung (4 ) angeschlossen ist und der Ausgang (49') der zweiten Filterschaltung (4') mit dem Eingang der ersten Filterschaltung (4) rückgekoppelt ist aufsummiert sind und daß das Ausgangssignal j T Inniinmstufcn der Summe des jeweiligen der Intcgrationssiuren u _nilfc_limmi_erferi X_n inteerationswertes und der autsummit.ri.en An-

Lider Rückstellungen entspricht, zan _zfi|_{ter nac}h einem der vorhurgshen-

Ansr>rüche dadurch gekennzeichnet, daß das pj„«,,nessi°nardem Eingang der FHterschfcltung tinymgs- ι_{β Ana}|_og-Digital-Umwandler(3)

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