DE2539129A1 - Digitales elektrisches filter - Google Patents

Description

• Beschreibung der Patentanmeldung Titel: Digitales elektrisches Filter Die Erfindung betrifft en digitales elektrisches Filter, ds Impulse oder in Impulse verwandelte Sinusspennunoen auf ihre Zftbreite nriift, wobei als Zeitgli@d vorzüglich ein RC-Glied verwendet wird, welches auf eine feste Triggerspannung arbeitet, wobei als Vergleichsschwellspannung vorzüglich ei n CCS-MCS Gitter verwendet wird, welches am Ausgang ein digitales Signal abgibt, welches zusammen mit dem Ein angssignal das Ausgangssignal wieder entsprechend dem Eingangssignal bildet, solange die Frequenz im Durchlaßbereich liegt.
• Bei derartigen Filtern wird der Ubergangsbereich von Frequenzen die gesperrt werden und Frequenzen die durchgelassen werden mit digitalen Bausteinen stark vermindert. Das Filter kennt nur die Zu£tRnde elektrische Signale einer bestimmten Frequenz sperren oder durchlassen. Die Durchlaßkurve wird scharfkantig im Ukerrang.
• Neben den seit vielen Jahren eingeführten LC-Filtern und Verstlrkern mit entsprechenden Rückkoppelschaltungen gibt es heute auch digital arbeitende Filter. Diese beruhen entweder auf einem Wahrscheinlichkeitsvergleich oder dem Vergleich mit einer Referenzsoannung. tuch Zihler mit mitlaufenden Zeitgliedern sind bekannt.
• Alle diese bekannten Lösungen haben zumindest drei wesentliche Nachteile; nämlich die Durchlsßkurve der Frequenz ist nicht digital scharfkantig, bei kurzen Impulsreihen ist zumindest immer ein Einschwinrvorgang störend (die ersten Impulse werden nicht richtig gewertet) und sehr niedrige Frequenzen bedeuten einen hohen Schaltungsaufwand.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Filter zum Filtern von digitalen Impuisreihen oder Sinussignalen die mittels Komparatoren in Rechteckspannungen umgeformt werden, wobei die positive Sinushalbwelle gleich L (O)-Signal und die negative Halbwelle gleich O (L)-Signal bedeuten, zu bauen, die als Tiefpaß, Hochpass, Bandpass oder Bandsperre aufgebaut werden können, digital arbeiten, eine nahezu ideale Durchlaßkennlinie aufweisen und gerade bei Impulsreiher oder Einzelimpulsen auch bereits den ersten Impuls richtig erkennen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Impulse oder in Impulse verwandelten Sinusspannunen auf ihre Zolt breite geprüft werden, wobei als Zeitglied vorzüglich ein RC-Glied verwendet wird, welches auf ein- feste Trig@erspannung arbeitet, wobei als Vergleichsschwellspannung vorzüglich ein COS-MOS-Gatter verwendet wird, das durch Peihenschaltung von einem oder mehreren Gattern am Au,gsng ein digitales Signal abgibt, welches zusammen mit dem Eingangssignal das Ausganfwssignal wieder entsprechend dem Eingangssignal bildet, solange die Frequenz im Durchlaßbereich liegt.
• Durch Kombination derartiger Tiefpässe können durch Parallelschalten von mindestens zwei derartiger Bausteine ein Bandpass oder eine Bandsperre mit NOR-NAND-Gattern bzw. mit Zeitspeichern sowie Hochpassfilter aufgebaut werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Tiefpass-Impulsfilter, wobei die Eingangsspannung das RC-Glied (1,3) auflädt. Ist die Schwellspannung des COS-MOS-Bausteins NAND 4 erreicht, kippt dieser und ebenso NAND-Baustein 5.
• Die Spannungen am Kondensator (3) am Ausgang UA und am Ausgang UA' zeigen Fig. 2 bis Fig. 4 bei verschiedenen Frequenzen.
• Fig. 2 zeigt die Eingangsspannung UE (7), die am Kondensator liegende Spannung UA(8), die Ausgangsspannung UA (9) und UA'(10) bei niedrigen Frequenzen.
• Fig. 3 zeigt das gleiche bei mittleren Frequenzen. Eingangsspannung UE (11), Spannung am Kondensator (12), Ausgangsspannung UÄ ( 12) und UA'(14). Der Ausgangsimpuls UA'(14) wird schon wesentlich schmäler.
• Fig. 4 zeigt die entsprechenden Spannungen bei Frequenzen oberhalb des Durchlaßbereichs. Die Eingangsspannung UE (15), die Spannung an Kondensator (16) und die Ausgangsspannung UA (17) und UA'(18).
• Ein Ansprechen der NAND-Stufen 4,5 erf@lgt nicht mehr, so daß auch am UND-Glied 6 keine Und-Bedin~ung mehr nereben ist. Soll ein Imnuls-Bandpass aufgebaut werden, so ist die Schaltung nach Fig. 1 zweimal erforderlich.
• Fig. 5 zeigt die Ausgangsimpulse UA'bei verschiedenen Frequenzen.
• Für den unteren Snerrteil der Durchlaßkurve ergeben sich die Spannungen UE (19) als Eingangsspannunasim-ulGe UA'(2C) bei der Frequenz fl, UA'(21) bei f2; bei UA'(22) (3) ist bereits Dauer-O-Signal an UA', diese Frequenz befindet sich bereits im Durchlaßbereich, ebenso UA'(23) mit der Frequenz f4. Solange an UA'Impulse anliegen wird das Zeitglied 24 z. B. ein monostabiler Multivibrator nachgetriggert und gibt am Ausgang O-Signal, das Und-Glied (25) bleibt gesperrt.
• UE (26) zeigt die Eingangsspannung am Tiefpassfilter, das den oberen Sperrbereich des Bandpasses bestimmt. Die Frequenz f1 ergibt eine Spannung UA (27), f2UA'(28), f3 UA'(29), f4 UA'(3C). f3und f4 ergeben somit Impulse über das Und-Glied 25 an UA". Zur Frequenz ist die Ausgangsspannung UA'= O. Die höhere Frequenz bleibt gesperrt.
• Fig. 6 zeigt einen Hochpass. Solange über den Tiefpass Impulse UA' in das nachtriggerbare Zeitglied 31 einlaufen bleibt dieses gesperrt und damit werden auch die Eingangsimpulse UE nicht über das Und-Glied 32 (UA") weitergegeben.
• Fig. 7 zeigt die Eingangsimpulse UE (33), die Ausgangsimpulse UA" (34) einer bestimmten Frequenz innerhalb des Durchlaßbereichs und die Umkehrspannung UA" (35) Fig. 8 zeigt wie mittels der SDannungsübergange 0 auf L-Signal nach Fig. 7 innerhalb des Durchlaßbereichs die Ausgangsimpulse des Filters genau den Eingangsspannungen ohne Laufzeitverschiebung entsnrechen. Ein aus 2-NOR-Gattern (40,41) aufgebautes RS-Flip-Flop wird über die Differenzstufen (36,37) und (38,39) laufend mit der Frequenz der Eingangsimpulse innerhalb des Durchlaßbereichs durchgeschaltet. Der Ubergang von 0 auf L der Spannung UE (33 Fig. 7) steuert über RC-Differnzierglied (38,39) NCR (41) und der Spannungsübergang O auf L-Signal der Spannung UA" (35 Fig. 7) über RC-Differenzierglied (36,37) das NOR-Glied (4C). Darein entsprechen innerhalb des Durchlaßbereichs die digitalen Aus¢-angsspannungen UR'bzw. UE' der digitalen Eingangsspannung UF Fig. 9 zeigt die Beschaltung eines voll integrierten Bausteins (42) eines Bandpasses mit den RC-Gliedern 43, 4-4, 45, 46 für den Abgleich.
• Die Integrationaschaltung kann auch die Verstärker und Komparatoren für eine angelegte Sinusspannung enthalten. Auch kann die Rücktransformation der Rechteckspannunt in eine Sinusspannung der Baustein 42 enthalten, so daß an UF'wieder eine Sinusspannung anliegt. Bei Amplitudenmodulation kann die Ausgangsspannung UE'wieder auf den Hüllkurvenwert gebracht werden. Auch Demodulation des Signals nach Filterung ist mit dem Baustein 42 möglich.
• Die Vorteile derartiger Filter liegen in der rein digitalen Verarbeitung der Signale; in einer leichten Regelung und Veränderung des Durchlaßbereichs durch Änderung von R und oder C (Photowiderstand, NTC, PTC, magnetfeldabhängiger Widerstand; keine Laufzeitverschiebung von Lingangsspannung zur Ausgangsspannung; Filterung.
• auch von Frequenzen sehr niedriger Frequenz; auch Einzelimpuls filterung ist möglich bei digitalen Schaltungen.

Claims (13)

P>tentansprüche:

1. Digitale elektrische Filter dadurch gekennzeichnet, daß Impulse oder in Impulse umgewandelte Sinusspannung, wobei die positive Halbwelle gleich L (0)-Signal und die negative Halbwelle gleich O (L)-Signal gibt auf ihre Zeitbreite geprüft werden, wobei als Zeitglied vorzüglich ein RC-Glied (1,3) verwendet wird, welches .auf eine vorgegebene Triggerspannung arbeitet, vcrzüalich ein COS-MOS-Gatter mit mindestens einem nachgeschalteten Gatter, welches am Ausgang ein digitales Signal abgibt (UAj, welches mit dem Eingangssignal UE das Ausgangssignal wieder entsprechend dem Eingangssignal bildet (Fig. 8), solange die Frequenz im'Durchlaßbereich liegt.

2. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einsatz von zwei oder mehreren Tiefpassfiltern nach Fig. 1 auch Bandpässe, Bandsperren oder Hochpässe mit nachtriggerbaren Zeitgliedern aufgebaut werden können.

3. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß durch den Einsatz von zwei oder mehreren Tiefpassfiltern nach Fig. 1 auch Bandpässe, Bandsperren und Hochpässemit digitalen Gattern aufgebaut werden können.

4. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßkurve durch ändern von R, C oder der Triggerspannung auch während des Betriebs geregelt oder gesteuert werden kann.

5. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitglieder (43, 45; 44, 46) mit integriert werden.

6. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Umformerstufe Sinusspannung in Rechteckspannung und Rechteckspannung in Sinusspannung mit im IC integriert ist.

7. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei Amplitudenmodulation die Hüllkurve der Ausgangsspannung wieder aufmoduliert wird.

8. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal innerhalb des Durchlaßbereichs schmäler als das Eingangssignal sein kann (UA'Fig. 1)

9. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden oder Frequenzdemodulation mit im IC-Baustein 42 integriert ist.

10. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Filter als Gatter mit in digitale Bausteine integriert werden kann.

11. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal nach Fig. 7 und Fig. 8 erzeugt wird.

12. Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Schaltglied den Zeitkondensator 3 zu Beginn jedes neuen Impulses auf 0 entlädt.

13.Digitales elektrisches Filter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Tastverhältnis größer 50 % das inverse Signal als Eingangssignal verwendet werden kann.