DE2913135A1 - LOW-PASS FILTER FOR TELEPHONE SIGNALS - Google Patents
LOW-PASS FILTER FOR TELEPHONE SIGNALSInfo
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Description
TIEFPASSFILTEB FÜR FERNSPRECHSIGNALELOW-PASS FILTERB FOR TELEPHONE SIGNALS
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tiefpaßfilter für Fernsprechsignale und insbesondere auf ein solches Filter, das in einem Teilnehmerleitungsanschlußgerät eines Vermittlungsamts verwendet wird, das Sprachsignale in PCM-Kode verarbeitet und vermittelt.The invention relates to a low pass filter for telephony signals and, more particularly, to such a filter which is used in a subscriber line terminal equipment of a central office which processes speech signals in PCM code and conveyed.
Beim Empfang wird das Niederfrequenzsignal in einem Tiefpaßfilter wiederhergestellt, dessen Rolle es ist, die Frequenzen oberhalb von 3400 Hz abzuschneiden und das einen ganz bestimmten Frequenzgang der Dämpfung aufweisen muß. Außerdem wird gefordert, daß der Frequenzgang sich nur in gegebenen Grenzen mit der Temperatur verändert. Derartige Filter bestehen aus einer gewissen Anzahl von Bauteilen und die Einhaltung obiger Bedingungen bezüglich der Temperaturstabilität gelingt nur unter großem Aufwand.Upon reception, the low-frequency signal is restored in a low-pass filter, the role of which is to control the frequencies cut off above 3400 Hz and that must have a very specific frequency response of the damping. aside from that it is required that the frequency response changes with temperature only within given limits. Such filters consist of a certain number of components and compliance with the above conditions with regard to temperature stability is only possible under great effort.
Die bekannten Tiefpaßfilter besitzen in der Regel eine geringe Eingangsimpedanz. Für einen korrekten Betrieb des Tast- und Haltekondensators muß dieser auf einen Schaltkreis hoher Impedanz blicken. Daher ist es nötig, zwischen den Kondensator und bekannte Tiefpaßfilter eine Zwischenstufe einzufügen, die im allgemeinen einen Operationsverstärker enthält.The known low-pass filters usually have a low input impedance. For correct operation of the sample and hold capacitor, it must be on a higher circuit Impedance look. It is therefore necessary to insert an intermediate stage between the capacitor and known low-pass filters generally includes an operational amplifier.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tiefpaßfilter einfacher Struktur anzugeben, in dem weniger Bauteile benötigt werden als in bekannten Filtern und bei dem die Zwischenstufe entfällt. Außerdem soll das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter eineThe object of the invention is to provide a low-pass filter with a simple structure in which fewer components are required are than in known filters and in which the intermediate stage is omitted. In addition, the inventive low-pass filter should be a
90 98 4-2/072 890 98 4-2 / 072 8
verbesserte Temperaturstabilität und eine wesentliche höhere Eingangsimpedanz als bekannte Filter aufweisen.have improved temperature stability and a significantly higher input impedance than known filters.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch definierte Filter gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf den Anspruch 2 verwiesen. This object is achieved by the filter defined in the claim. With regard to features of preferred embodiments of the invention, reference is made to claim 2.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the aid of the drawings.
Fig» 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Tiefpaßfilter und Fig» 2 enthält Kennlinien der zweiten Zelle.Fig. 1 shows a low-pass filter according to the invention and Fig. 2 contains characteristics of the second cell.
In Fig. 1 sind schematisch ein Tastschalter I und ein Tast- und Haltekondensator C zwischen einem Eingang E und dem Eingang der ersten Zelle 1 des Filters angedeutet. In Serie mit dfer ersten Zelle 1 liegt eine zweite Zelle 2, die eine Ausgangsklemme S besitzt.In Fig. 1, a key switch I and a key and holding capacitor C are schematically between an input E and the Input of the first cell 1 of the filter indicated. In series with the first cell 1 is a second cell 2, which is an output terminal S owns.
Der Tastschalter I ist alle 125 Mikrosekunden während der Dauer von zwei Mikrosekunden geschlossen.The push button switch I is during every 125 microseconds closed for a period of two microseconds.
Ein Widerstand Rl verbindet den Kondensator C mit dem positiven Eingang eines Operationsverstärkers Al. Dieser Eingang ist außerdem über einen Widerstand R2 und einen dazu parallel geschalteten Kondensator Cl mit Masse verbunden. Ein negativer Eingang des Operationsverstärkers ist einerseits über einen Widerstand R3 mit Masse und andererseits über die Parallelschaltung eines Widerstands R4 und eines Kondensators C2 mit dem Ausgang dieses Verstärkers verbunden. Der Operationsverstärker Al bildet zusammen mit seiner Beschaltung die erste Zelle des Tiefpaßfilters.A resistor Rl connects the capacitor C to the positive input of an operational amplifier A1. This entrance is also connected to ground via a resistor R2 and a capacitor C1 connected in parallel to it. A negative one The input of the operational amplifier is on the one hand via a resistor R3 to ground and on the other hand via the parallel connection of a resistor R4 and a capacitor C2 to the output connected to this amplifier. The operational amplifier A1 together with its circuitry forms the first cell of the low-pass filter.
Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers Al und dem Ausgang S des Filters befindet sich die zweite Zelle 2# dieThe second cell 2 # is located between the output of the operational amplifier A1 and the output S of the filter
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im wesentlichen aus einem Operationsverstärker A 2 und einer doppelten T-Brücke besteht« Diese zweite Zelle bildet ein disymmetrisches Sperrglied zweiter Ordnung mit einer Cauer-Kennlinie. consists essentially of an operational amplifier A 2 and a double T-bridge. This second cell forms a second order disymmetrical blocking element with a Cauer characteristic.
Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers Al und dem positiven Eingang des Operationsverstärkers A2 befinden sich einerseits zwei Kondensatoren C3 und C4 in Serie und andererseits zwei Widerstände R5, R6 in Serie. Der Zwischenabgriff zwischen den beiden Kondensatoren liegt über einen Widerstand R7 am Ausgang des Operationsverstärkers A2^und der Zwischenabgriff zwischen den beiden Widerständen liegt über einen Kondensator C5 am gleichen Ausgang. Der positive Eingang des Operationsverstärkers A2 ist außerdem über einen Widerstand R8 und parallel dazu einen Kondensator C6 mit Masse verbunden. Der negative Eingang dieses Verstärkers liegt einerseits über einen Widerstand RIO an Masse und andererseits über einen Widerstand R9 am Ausgang dieses Verstärkers. Die Widerstände R5, R6, R7 und die Kondensatoren C3, C4, C5 bilden die Doppe1-T-Brücke.Between the output of the operational amplifier Al and the positive input of the operational amplifier A2 are on the one hand two capacitors C3 and C4 in series and on the other hand, two resistors R5, R6 in series. The intermediate tap between the two capacitors is via a resistor R7 at the output of the operational amplifier A2 ^ and the An intermediate tap between the two resistors is connected to the same output via a capacitor C5. The positive input of the operational amplifier A2 is also connected to ground via a resistor R8 and, in parallel therewith, a capacitor C6. The negative input of this amplifier is grounded on the one hand via a resistor RIO and on the other hand via a resistor R9 at the output of this amplifier. The resistors R5, R6, R7 and the capacitors C3, C4, C5 form the Doppe1-T-bridge.
Der Tastkondensator C, der sich wie üblich am Eingang des Filters befindet, und der Widerstand Rl am positiven Eingang des Operationsverstärkers Al sind so dimensioniert, daß giltThe key capacitor C, which is located as usual at the input of the filter, and the resistor Rl at the positive input of the operational amplifier Al are dimensioned so that is applicable
RlC £> 125.10"6 jRlC £> 125.10 " 6 j
Anders ausgedrückt, soll die Eingangszeitkonstante groß gegenüber der Multiplexperiode (125 MikroSekunden) sein, d.h. der Frequenz, mit der der Tastschalter I geschlossen wird. Nachfolgend werden mit Vl, V2, V3, V4, V5 die Spannungen zwischen Masse und derIn other words, the input time constant should be large compared to be the multiplex period (125 microseconds), i.e. the frequency, with which the push button switch I is closed. In the following, the voltages between ground and the
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Eingangsklemme E, dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Kondensator C und dem Widerstand Rl, dem positiven Eingang des Verstärkers Al, dem Ausgang dieses Verstärkers bzw. der Ausgangsklemme S der zweiten Zelle bezeichnet.Input terminal E, the common point between the capacitor C and the resistor Rl, the positive input of the amplifier Al, the output of this amplifier or the output terminal S denotes the second cell.
Die erste Zelle besteht aus zwei Filtereinheiten, und zwar einer passiven Filtereinheit mit den Widerständen Rl, R2 und dem Kondensator Cl, und einer zweiten Filtereinheit mit dem Operationsverstärker Al, den Widerständen R3 und R4 sowie dem Kondensator C2.The first cell consists of two filter units, namely a passive filter unit with resistors R1, R2 and the capacitor Cl, and a second filter unit with the operational amplifier Al, the resistors R3 and R4 and the Capacitor C2.
Die erste Filtereinheit hat die folgende Übertragungsfunktion1 The first filter unit has the following transfer function 1
V3 = G- λ - V3 = G- λ -
V2 11+ axp ) V2 11+ a x p )
R2 In dieser Funktion bedeutet G, = j sowieR2 in this function means G, = j as well as
Rl-R 2Cl .
1 Rl + R2 J Rl-R 2Cl .
1 Rl + R2 J
Die Übertragungsfunktion der zweiten Filtereinheit hat folgende Form:The transfer function of the second filter unit has the following form:
V4=G 1+a2P .
V3 ^2 1+ b2p 1V4 = G 1 + a 2 P.
V3 ^ 2 1+ b 2 p 1
In dieser Gleichung istIn this equation is
Die globale Übertragungsfunktion der ersten Filterzelle ergibt sich aus dem Produkt der Übertragungsfunktionen der beiden EinheitenThe global transfer function of the first filter cell results from the product of the transfer functions of the two units
V4 _ V3 V4 _ 1 + a ρ . V2 V2 * V3 fa 1 + bp + cp2 > V4 _ V3 V4 _ 1 + a ρ . V2 V2 * V3 fa 1 + bp + cp 2 >
mit G = G;Gn; a=a^y b=a,+b„; c=awith G = G; G n ; a = a ^ yb = a, + b "; c = a
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Aus der Gleichung (1) läßt sich ableitenFrom equation (1) can be derived
(2)(2)
1*1 - ο I1 * 1 - ο I
|V2 J ü H '(1-c U) ) +| V2 J ü H '(1-c U)) +
b2 W 2 b 2 W 2
Diese Gleichung ist der Ausdruck für den Verstärkungs grad oder die Dämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz. Die entsprechende Kurve besitzt eine Asymptote mit einer Neigung von 6 dB pro Oktave.This equation is the expression for the gain or the attenuation as a function of the frequency. the corresponding curve has an asymptote with a slope of 6 dB per octave.
Die zweite Filterzelle hat die folgende Übertragungsfunktion :The second filter cell has the following transfer function :
3 3
daraus ergibt sich ιthis results in ι
V4 G3 ' Ί/ "' iTT"" . . ü» )V4 G 3 ' Ί / "'iTT"".. Ü»)
fv""3ul2y +&3υ2 fv "" 3 ul 2 y + & 3 υ 2
O » OO »O
In der Gleichung (4) bedeutetIn the equation (4) means
G den Verstärkungsgrad oder Dämpfungsfaktor bei der Frequenz 0,G is the gain or damping factor at frequency 0,
a3 den zum tJberspannungskoeffizienten umgekehrt proportionalen Koeffizienten, von dem das Frequenzverhalten abhängt, ■u -j^ „„ l.u«. „„ /_ Gleichstromverstärkunqaqrad ο aas Verhältnis go/g «q — ,, j.« ·, ·. ■■_ · ι* 3 ' Verstärkungsgrad bei sehra 3 is the coefficient inversely proportional to the overvoltage coefficient, on which the frequency behavior depends. u «. „„ / _ DC amplification ο aas ratio go / g «q - ,, j.« ·, ·. ■■ _ · ι * 3 'Gain at very
hohen Frequenzenhigh frequencies
Die Kurve für die Gleichung (4) besitzt eine durch die Gerade Go/to,- gegebene Asymptote.The curve for equation (4) has an asymptote given by the straight line Go / to, -.
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w ist die Kreisfrequenz, für die die Sperrwirkung unendlich ist.w is the angular frequency for which the locking effect is infinite.
Fig. 2 zeigt zwei gegebene Kurven für die Gleichung (4). Die Kurven a und b entsprechen zwei unterschiedlichen Werten des Koeffizienten a , wobei die Kurve a einen größeren Überspannungskoeffizienten besitzt als die Kurve b. Der Kondensator C am Eingang der ersten Zelle 1 ergibt unter der Voraussetzung, daß RIO sehr groß gegenüber 125.10 ist, das folgende VerhältnisFigure 2 shows two given curves for equation (4). Curves a and b correspond to two different values of the Coefficients a, where curve a has a larger overvoltage coefficient than curve b. The capacitor C am The input of the first cell 1 yields the following ratio, assuming that RIO is very large compared to 125.10
V2 Sln( V2 Sln (
Vl U> (5)Vl U> (5)
2 fo2 fo
wobei fo gleich 8000 Hz die Tastfrequenz des empfangenen Signals ist.where fo equal to 8000 Hz is the sampling frequency of the received signal.
Im Fall eines Empfangsfilters, das aus den Zellen 1 und 2 besteht, wird der zweiten Zelle ein Übertragungsverhalten gemäß der Kurve a aus Fig. 2 verliehen, wodurch der durch die Tastung eingeführte WertIn the case of a receive filter that consists of cells 1 and 2, the second cell is given a transmission behavior according to curve a from FIG Keying introduced value
2 fo
korrigiert wird.2 fo
is corrected.
Die Anzahl der für das erfindungsgemäße Filter benötigten Bauteile ist wesentlich geringer als bei bekannten Tiefpaßfiltern für Fernsprechsignale, bei denen mindestens vier Operationsverstärker vorgesehen sind. Daraus ergibt sich neben dem Preisvorteil die Tatsache, daß das erfindungsgemäße Filter weniger als bekannte Filter auf Temperaturänderungen anspricht, was ein nicht zu unterschätzender Vorteil der Erfindung ist.The number of required for the filter according to the invention Components is much smaller than in known low-pass filters for telephone signals, in which at least four operational amplifiers are provided. This results in addition to the price advantage, the fact that the filter according to the invention is less than known filter responds to temperature changes, which is an advantage of the invention that should not be underestimated.
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Wie bereits erwähnt, kann die Dämpfung der ersten Zelle gröeer als 6 dB pro Oktave gewählt werden.As already mentioned, the attenuation of the first cell can be chosen to be greater than 6 dB per octave.
Im Rahmen der Erfindung kann die zweite Zelle auch anders als in Fig. 1 dargestellt aufgebaut sein unter der Voraussetzung, dan sich dieselbe Übertragungsfunktion ergibt.In the context of the invention, the second cell can also be constructed differently from that shown in FIG. 1, provided that then the same transfer function results.
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