DE3314468A1 - ALLPASS FILTER CIRCUIT - Google Patents
ALLPASS FILTER CIRCUITInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
- H03H11/126—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using a single operational amplifier
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Filter und insbesondere auf ein Allpaßfilterglied mit überlegener Hochfrequenzleistung. Das Filterglied gemäß der bevorzugten Ausführungsform findet insbesondere Anwendung in Datenmodems, die Allpaßfilter-Frequenzbereiche bei 100 KHz erfordern.The invention relates to filters and, more particularly, to an all-pass filter element having superior radio frequency performance. The filter member according to the preferred embodiment is used in particular in data modems, the all-pass filter frequency ranges at 100 KHz.
Bekannte aktive Filter der diskutierten Art unterliegenKnown active filters of the type discussed are subject to this
Störkapazitätswirkungen, wodurch der Hochfrequenz-Empfind-15 Noise capacitance effects, reducing the high frequency sensibility
lichkeitsbereich begrenzt ist. Ein anderes Problem, durch welches die Leistungsfähigkeit solcher Filter beschränkt ist, ist die Abweichung von der Idealität, die durch nicht ideale Spulen (Induktoren) verursacht ist und eingebracht ist durch einen Realpol, der von in solchen Filtern verwendeten Operationsverstärkern erzeugt ist. Wenn solche bekannten Filter als Kaskadenschaltung verwendet werden,scope is limited. Another problem through which limits the performance of such filters is the deviation from ideality that is caused and introduced by non-ideal coils (inductors) is by a real pole, which is generated by operational amplifiers used in such filters. If such known filters can be used as a cascade circuit,
*^> wie es bei verschiedenen Anwendungsformen erforderlich ist, kann der kumulative Effekt der Einschränkungen der bekannten Schaltungen die Leistungsfähigkeit stark herabsetzen . * ^> as required in various applications, the cumulative effect of the limitations of the known circuits can greatly degrade performance.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Filterschaltung zu schaffen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, Fehlerhaftigkeiten bekannter Filterschaltungen, die in Allpaßnetzen verwendet werden, genauer zu kompensieren. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, die Wirkung der Störkapazitanz auf eine Allpaßfilterschaltung zuIt is therefore an object of the invention to provide an improved filter circuit to accomplish. It is a further object of the invention to eliminate deficiencies in known filter circuits, which are used in all-pass networks to compensate more precisely. It is another object of the invention to have the effect the interference capacitance to an all-pass filter circuit
-:- -:- " ' ' " 331U68- : - - : - "''" 331U68
minimieren. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Allpaßfilterschaltung zu schaffen, durch welche die vorstehend aufgezählten Ziele bei Verwendung üblicherminimize. Another aim of the invention is to to provide an all-pass filter circuit which enables the above-enumerated objects to be achieved using conventional
5 Operationsverstärkerkomponenten erreicht werden.5 operational amplifier components can be achieved.
Diese und andere Ziele und Vorteile sind gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß eine Filterschaltung geschaffen ist, durch welche eine Einstellung eines Widerstandes in dem Rückkopplungsweg eines Operationsverstärkers zur Beseitigung der Wirkungen der Nichtidealität von Spulen ermöglicht ist und durch welche gleichzeitig die Wirkung der 15These and other objects and advantages are achieved in accordance with the invention by providing a filter circuit is by which an adjustment of a resistance in the feedback path of an operational amplifier for elimination the effects of the non-ideality of coils is made possible and by which at the same time the effect of the 15th
Streukapazitanz in dem interessierenden Frequenzband stark reduziert ist.Stray capacitance in the frequency band of interest is greatly reduced.
Die bevorzugte Ausführungsform der in dieser Weise zusammengefaßt dargestellten Erfindung wird im einzelnen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der ZeichnungThe preferred embodiment of the summarized in this way The invention illustrated is described in detail in conjunction with the drawing. In the drawing
zeigt:
25shows:
25th
Fig. 1 ein bekanntes Allpaßfilterglied, Fig. 2 die Pole und Nullstellen der Übertragungsfunktion eines idealen Allpaßfilters,1 shows a known all-pass filter element, 2 shows the poles and zeros of the transfer function of an ideal all-pass filter,
Fig. 3 die Pole und Nullstellen einer bekannten Allpaßfilterschaltung, die Streueffekten unterworfen ist,3 shows the poles and zeros of a known all-pass filter circuit, which is subject to scattering effects,
„p. Fig. A eine schematische Darstellung des Allpaßfilters gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und"P. Fig. A is a schematic representation of the all-pass filter according to the preferred embodiment of the invention and
-:" ■ - ■■ ■ ' 33U468- : "■ - ■■ ■ '33U468
j Fig. 5 ein Beispiel einer Widerstandskombination zurj Fig. 5 shows an example of a resistor combination for
Gestaltung des einen Widerstandes einer aktuellen Schaltung gemäß der bevorzugten AusführungsformDesign of a resistor of a current circuit according to the preferred embodiment
ρ- der Erfindung.ρ- the invention.
Eine typische bekannte Allpaßfilterschaltung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist es der Zweck eines Allpaßfiltergliedes, .einen vorgeschriebenen Phasen/Frequenzgang mit flachen Amplitudencharakteristika zu erzeugen. Für ein Allpaßglied zweiter Ordnung wird dies erreicht, wenn die Pole und Nullstellen der Über-A typical known all-pass filter circuit is shown in Fig. 1 can be seen. As is known in the art, it is the purpose of an all-pass filter element, a mandatory one To generate phase / frequency response with flat amplitude characteristics. For an all-pass term of the second order this is achieved when the poles and zeros of the
gangsfunktion die Spiegelbilder voneinander sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich.output function are the mirror images of each other, as from Fig. 2 can be seen.
Im praktischen Fall werden durch Unzulänglichkeiten der Elemente, mit welchen die Schaltung physikalisch verwirklicht wird, (wie Induktoren mit Verlusten, Verstärker mit abfallendem Verstärkungsgrad, wenn die Frequenz ansteigt, Streukapazitanzen und dergleichen) Nebensingularitäten eingeführt und die Position der im Idealfall vorliegenden Pole mit Bezug auf ihre zugehörigen Nullstellen verschoben.In the practical case, inadequacies of the elements with which the circuit is physically implemented becomes, (like inductors with losses, amplifiers with decreasing gain as the frequency increases, Stray capacitances and the like) Secondary singularities introduced and the position of the ideally present Poles shifted with respect to their associated zeros.
Fig. 3 zeigt den Fall, wenn die Pole und Nullstellen nichtFig. 3 shows the case when the poles and zeros are not
in ihren spiegelbildlichen Positionen sind und außerdem ein zusätzlicher Pol auf der Realteilachse erschienen ist. Das aktuelle Pol-Nullstellenmuste1' ist natürlich abhängigare in their mirror-image positions and an additional pole has also appeared on the real part axis. The current pole zero point pattern 1 'is of course dependent
von den aktuell verwendeten Schaltungselementen und dem 35of the circuit elements currently in use and the 35
aktuell verwendeten Schaltungsaufbau; jedoch ist dieser Fall illustrativ für die Probleme, die durch die Erfindung angesprochen sind.circuit structure currently used; however this is Case illustrative of the problems addressed by the invention.
-:- ■■- · . 331U68- : - ■■ - ·. 331U68
Eine Analyse der bekannten Schaltung aus Fig. 1 führt zum Folgenden:An analysis of the known circuit from FIG. 1 leads to The following:
a) · Die Allpaß-Betragsfunktion |H(j6j)j= 1 ist für alle <ύ nicht mehr erfüllt. Der Realachsenspol treibt die Amplituden/Frequenzcharakteristik nach unten gegen Null, wenn die Frequenz steigt.a) · The all-pass absolute value function | H (j6j) j = 1 is no longer fulfilled for all <ύ. The real axis pole drives the amplitude / frequency characteristic down towards zero when the frequency increases.
b) Die Verlagerung zwischen den Polen und Nullstellen liefert außerdem unterschiedlicheb) The shift between the poles and zeros also provides different
Werte für die quadratischen Faktoren imValues for the quadratic factors in the
Zähler und im Nenner der JH(JtO )J-Funktion bei jedem Wert von CJ , wodurch der Ampli-Numerator and in the denominator of the JH (JtO) J function at each value of CJ, whereby the amplitude
tudengang weiter verringert wird. AD tudengang is further reduced. AD
c) Die Phasen- und Verzögerungsverläufe der bekannten Schaltung weichen von dem Idealfall ab und solange nicht der Wert und die Wirc) The phase and delay curves of the known circuit deviate from the ideal case now and then not the value and the we
kung der unerwünschten Elemente genau bekannt und kompensiert sind, ist eine Fehlerkomponente in dem gewünschten Phasen- und Verzö-If the undesired elements are precisely known and compensated for, this is an error component in the desired phase and delay
gerungsgang vorhanden. Eine solche genauegerungsgang available. Such an accurate
Kenntnis und Kompensation sind im praktischen Fall nicht vorhanden.Knowledge and compensation are not available in the practical case.
Wenngleich es aus der Lebenserfahrung folgt, daß Unzulänglichkeiten von Schaltungselementen, wie ein Energieverlust bei Induktoren und Streukapazitanzen nicht beseitigt wer-Although it follows from life experience that shortcomings of circuit elements such as power loss cannot be eliminated in the case of inductors and stray capacitances
den können, wurde gemäß der Erfindung eine Schaltungsanordnung gefunden, durch welche die Elemente in einer solchen Weise miteinander kombiniert werden, daß die nachtei-can, according to the invention, a circuit arrangement found, by which the elements are combined with one another in such a way that the disadvantageous
S.S.
ligen Effekte auf annehmbare niedrige Werte reduziert sind.ligen effects reduced to acceptably low levels are.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist aus Fig. 4 ersichtlich. Sie enthält einen Operationsverstärker 11, Widerstände R,, R„ und R-, sowie einen Induktor L und eine Kapazität C. Der Widerstand R„ ist in den Rückkopplungsweg des Verstärkers 11 zwischen dem Ausgang 13 und dem 15The preferred embodiment of the invention is shown in Fig. 4 can be seen. It contains an operational amplifier 11, resistors R ,, R "and R-, and an inductor L and one Capacitance C. The resistance R "is in the feedback path of the amplifier 11 between the output 13 and the 15th
invertierenden Eingang 15 eingeschaltet. Die Widerstände R, und R -, sind an einen gemeinsamen Anschluß 19 und mit ihren entgegengesetzten Anschlußenden an den invertieren-inverting input 15 switched on. The resistors R, and R -, are connected to a common connection 19 and with their opposite connection ends to the inverting
2Q den bzw. den nichtinvertierenden Eingang 15, 17 des Verstärkers 11 angeschlossen. Der Induktor L und die Kapazität C sind in Reihe zwischen den nichtinvertierenden Eingang 17 und Erde eingeschaltet.2Q the or the non-inverting input 15, 17 of the amplifier 11 connected. The inductor L and the capacitance C are connected in series between the non-inverting input 17 and ground.
Die Filterschaltung wird von einer Quelle V mit einer Reihenimpedanz Z getrieben, die an den gemeinsamen Anschluß 19 der Widerstände geschaltet ist. Mit der Schal-The filter circuit is driven by a source V with a series impedance Z connected to the common terminal 19 of the resistors is connected. With the scarf
tung gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann die Wirkung des nicht-idealen Q-Faktors des Induktors L durch Einstellung des Widerstandes R„ kompensiert werden. Diesdevice according to the preferred embodiment can have the effect of the non-ideal Q-factor of the inductor L can be compensated by adjusting the resistance R ". this
nr kann mathematisch durch die Gleichung für den Durchlaßgrad gezeigt werden:nr can be calculated mathematically by the equation for the transmittance to be shown:
331U68331U68
T(s) =T (s) =
(K - (K -
des Induktors, L und K =of the inductor, L and K =
Wenn K = J_2 gleich 1 + 2 RlWhen K = J_2 equals 1 + 2 R l
Qo Q, Qo Q,
= Q-Faktor = Q factor
gesetzt wird, wirdis set, is
der Absolutwert des linearen Ausdrucks im Zähler und im Nenner von T(s) gleich, wodurch sich eine Allpaßcharakteristik ergibt, welche durch Verstellung des Widerstandes R„ vervollständigt werden kann.the absolute value of the linear expression in the numerator and in the The denominator of T (s) is the same, which results in an all-pass characteristic which can be achieved by adjusting the resistance R "can be completed.
Ferner ist das Impedanzniveau an dem nichtinvertierenden Eingang 17 sehr niedrig, weil R, in der Größenordnung von einigen hundert Ohm liegt. Annehmbar gute Schätzungen des Wertes der Streukapazität C, sind 10 bis 30 Picofarad (pf). Für Frequenzen im interessierenden 50-100 KHz-Band haben L und C Werte im Bereich von 2 Millihenry bzw. 1000 pf. Es ist ersichtlich, daß die Wirkung von C, in demFurthermore, the impedance level at the non-inverting input 17 is very low because R, is of the order of a few hundred ohms. Acceptably good estimates of the value of the stray capacitance, C, are 10 to 30 picofarads (pf). For frequencies in the 50-100 KHz band of interest, L and C have values in the range of 2 millihenry and 1000 pf. It can be seen that the effect of C in which
interessierenden Band minimal ist.
30band of interest is minimal.
30th
Eine zusätzliche Überlegung soll gezeigt werden. Die Schaltung wird typisch von einem anderen Operationsverstärker getrieben, der durch \l , Z repräsentiert ist.An additional consideration should be shown. The circuit is typically driven by another operational amplifier, represented by \ l, Z.
Die Impedanz Z soll für die beste Wirkung so klein wie möglich sein. Mit handelsüblichen Standardverstärkern kann Z £ 5SX verwirklicht werden.The impedance Z should be as small as possible for the best effect. Z £ 5SX can be achieved with commercially available standard amplifiers.
331U68331U68
Bei einem typischen 100 KHz-Allpaßglied gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können für V und den Operationsverstärker 11 LM 318-Qperationsverstärker verwendet werden. Der Widerstand R, ist ein 1000 Ohm-Widerstand und R„ ist gestaltet durch einen variablen 500 Ohm-Widerstand in Parallelschaltung mit 124 0hm, wobei die Parallelkombination in Reihe mit 953 Ohm liegt. Diese R„-Gestaltungsform ist aus Fig. 5 ersichtlich.For a typical 100 KHz all-pass filter according to the preferred one Embodiment of the invention can be used for V and the Operational amplifier 11 LM 318 operational amplifier used will. The resistor R i is a 1000 ohm resistor and R "is designed by a variable 500 ohm resistor in parallel with 124 ohms, the parallel combination being in series with 953 ohms. This R “shape can be seen from FIG. 5.
Beispielhafte Werte für R, sind 113 0hm und 41 0hm für Q -Werte von 14 bzw. 40 mit C = 0,001 Mikrofarad.Exemplary values for R are 113 ohms and 41 ohms for Q values of 14 and 40 with C = 0.001 microfarads, respectively.
Abweichungen und Anpassungen des Gegenstandes der bevorzugten Ausführungsform sind für den Fachmann, ausgehend won der Erläuterung der Erfindung ersichtlich. Daher kann im Rahmen der Ansprüche die Erfindung anders als hier speziell beschrieben verwirklicht werden.Deviations and adaptations of the subject matter of the preferred embodiment are based on the person skilled in the art which is apparent from the explanation of the invention. Hence can within the scope of the claims, the invention can be implemented differently than specifically described here.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US37810682A | 1982-05-14 | 1982-05-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3314468A1 true DE3314468A1 (en) | 1984-01-12 |
Family
ID=23491736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19833314468 Withdrawn DE3314468A1 (en) | 1982-05-14 | 1983-04-21 | ALLPASS FILTER CIRCUIT |
Country Status (4)
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---|---|
JP (1) | JPS58219811A (en) |
DE (1) | DE3314468A1 (en) |
FR (1) | FR2527025A1 (en) |
GB (1) | GB2123631A (en) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1452081A (en) * | 1973-10-26 | 1976-10-06 | Post Office | Transfer function control networks |
-
1983
- 1983-04-21 DE DE19833314468 patent/DE3314468A1/en not_active Withdrawn
- 1983-05-11 GB GB08313026A patent/GB2123631A/en not_active Withdrawn
- 1983-05-12 JP JP8395883A patent/JPS58219811A/en active Pending
- 1983-05-13 FR FR8307994A patent/FR2527025A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58219811A (en) | 1983-12-21 |
GB2123631A (en) | 1984-02-01 |
GB8313026D0 (en) | 1983-06-15 |
FR2527025A1 (en) | 1983-11-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |