DE3608452A1 - Elektrische filterschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Filterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Filterschaltung ist insbesondere in der Bild-Ton-Vorstufe eines Fersehsenders verwendbar und wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Gemäß Fig. 1 besteht ein Oberflächenwellenfilter F, das auch SAW-Filter genannt wird, im wesentlichen aus einem Keramiksubstrat S, auf dem ein elektroakustischer Eingangswandler WE und ein akustoelektrischer Ausgangswandler WA angebracht sind. Zwischen den Ein- und Ausgangswandlern ist eine akustische Kopplung KA vorhanden, durch die eine erwünschte Filtercharakteristik erzeugt wird, z. B. ein Bandpaßfilter mit einer minimalen Sperrdämpfung von 30 dB, einer Bandbreite von 6 MHz bei einer Mittenfrequenz von 36,4 MHz.

Ein derartiges Oberflächenwellenfilter hat den Nachteil, daß im Filter-Durchlaßbereich eine störende Dämpfung von ungefähr 30 dB bis 40 dB vorhanden ist. Das heißt, aus einem an dem Eingangswandler WE anliegendem elektrischen (Durchlaß-)Eingangssignal entsteht am Ausgangswandler WA ein um 30 dB bis 40 dB gedämpftes elektrisches (Durchlaß-) Ausgangssignal. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es naheliegend, die Eingangs- bzw. Ausgangswandler WE bzw. WA an elektrische Eingangs- bzw. Ausgangsverstärker VE bzw. VA anzuschließen, durch welche die Dämpfungsverluste ausgleichbar sind und durch welche die erforderliche elektrische Impedanzanpassung erfolgt. Gemäß Fig. 1 sind diese Verstärker als unsymmetrische Verstärker ausgebildet, daß heißt, jeweils ein Eingangs- und Ausgangsanschluß sind mit einem elektrischen Bezugspotential ER, z. B. Null-Volt ("Masse"), verbunden. Bei einer derartigen Filterschaltung ist außerdem zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A eine relativ lange Signallaufzeit von z. B. 3 µs vorhanden, die im wesentlichen von dem Oberflächenwellenfilter F erzeugt wird.

ES wurde nun festgestellt, daß bei einer derartigen Filterschaltung am Ausgang A störende elektrische Verzerrungen vorhanden sind, die auf eine störende elektrische Kopplung KE zwischen dem Eingangswandler WE und dem Ausgangswandler WA zurückführbar sind. Die Auswirkung dieser störenden elektrischen Kopplung KE wird nachfolgend näher erläutert.

Fig. 2 zeigt die Hüllkurve der Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t für ein modulierendes Spannungssprungsignal von z. B. 0,7 V, das z. B. in einem in der Fernsehtechnologie geläufigem FBAS-Signal auftritt. In Fig. 2 zeigt die mit E bezeichnete durchzogene Kurve die Hüllkurve des am Eingang E (Fig. 1) anliegenden Eingangssignals und die mit A bezeichnete gestrichelt dargestellte Kurve die Hüllkurve eines um die erwähnte Signallaufzeit ts verzögerten idealen Ausgangssignals, das am Ausgang A (Fig. 1) anliegen sollte. Durch die störende elektrische Kopplung KE (Fig. 1) entsteht jedoch ein reales Ausgangssignal, das punktiert dargestellt ist. Bei einer beispielhaften Soll-Sprungspannung US von 0,7 V entsteht beispielsweise eine Stör- Sprungspannung UST von 3 mV. Die darauf zurückzuführenden elektrischen Verzerrungen sind insbesondere bei einer hochwertigen Fernsehübertragung unzulässig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Filterschaltung dahingehend zu verbessern, daß in kostengünstiger Weise, insbesondere bei einer industriellen Serienfertigung, eine möglichst geringe Signalverzerrung erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unterr Bezugnahme auf weitere Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3: eine Filterschaltung, an die eine Kompensationsschaltung in Form einer Grundschaltung angekoppelt ist;

Fig. 4 bis 9: Ausführungsbeispiele von weiteren Kompensationsschaltungen.

Die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf der Oberflächenwellenfilter F, die für einen Frequenzbereich um 40 MHz, z. B. 38,9 MHz, geeignet sind. An sich zu übertragende niederfrequentere Signale, z. B. ein in der Fernsehtechnik bekanntes FBAS-Signal, müssen daher zunächst mit einem hochfrequenten Trägersignal von z. B. 38,9 MHz moduliert werden bevor die vorzugsnehmende Filterung erfolgen kann. Es entsteht beispielsweise ein geträgertes FBAS-Signal, das gefiltert wird.

Fig. 3 zeigt eine Filterschaltung gemäß Fig. 1, bei welcher ein Oberflächenwellenfilter F der eingangs beschriebenen Art verwendet wird. Eingangs- und Ausgangsverstärker VE bzw. VA sind als invertierende Verstärker ausgebildet, welche die Abschlußimpedanzen, z. B. 50 Ohm, für das Oberflächenfilter F bereitstellen und dessen Dämpfung im Durchlaßbereich, z. B. ungefähr 35 dB, ausgleichen.

Bei dieser Reihenschaltung ist an den Anschlußpunkten 1 bis 4 eine Kompensationsschaltung KS anschließbar, mit welcher die eingangs erwähnte störende elektrische Kopplung KE kompensierbar ist.

Die Kompensationsschaltung KS gemäß Fig. 3 ist z. B. für ein Oberflächenfilter geeignet, bei dem das Vorzeichen der Kopplung exemplarabhängig ist. Die Schaltung ist eine Art Grundschaltung. Dabei ist der Filterausgang 3 über einen ersten Kondensator C 1 mit dem Filtereingang 2 verbunden. Außerdem ist der Filterausgang 3 über einen zweiten Kondensator C 2 mit dem Signaleingang des invertierenden Eingangsverstärkers verbunden. Ist einer der Kondensatoren, z. B. C 1, als Trimmkondensator ausgebildet, können Amplitude und Vorzeichen des Kompensationssignals eingestellt werden. Falls das Vorzeichen der Kopplung unabhängig vom Exemplar ist, kann einer der beiden Kondensatoren entfallen und zwar bei positiver Kopplung der Kondensator C 1, bei negativer Kopplung der Kondensator C 2. Die erforderlichen Kapazitätswerte der beiden Kondensatoren sind allerdings außerordentlich klein, z. B. etwa 0,01 pF, so daß diese Kapazitäten zweckmäßigerweise als Leiterbahnstruktur, verbunden mit Konstruktionselementen für den Abgleich, realisiert werden können.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Kompensationsschaltungen KS, welche an die Anschlußpunkte 1 bis 4 der Reihenschaltung gemäß Fig. 3 anschließbar sind.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 4a bis 4c sind ebenfalls für Oberflächenfilter F geeignet, bei denen das Vorzeichen und der Betrag der störenden elektrischen Kopplung KE (Fig. 1) von dem verwendeten Filterexemplar abhängt. Die dargetsellten Kondensatoren liegen in einem Wertebereich von 0,1 pF bis 50 pF. Beispielsweise ist C 1 = 1 bis 3 pF, C 2 = 1 pF, C 3 = 0,5 pF und C 4 = 39 pF.

Die Fig. 5a und 5b zeigen entsprechende Ausführungsbeispiele mit einem einseitig geerdeten Trimmkondensator, wodurch der Abgleich einfacher ist. Es ist weiterhin möglich, einen der Kondensatoren C′, C″ durch einen elektrischen Kurzschluß zu ersetzen.

Fig. 4a zeigt eine Abnahme der Kompensationsspannung an Anschlußpunkten 1, 2 mit gegenphasigen Spannungen, während Fig. 4b eine Einspeisung einer Kompensationsspannung an Anschlußpunkten 3, 4 mit gegenphasigen Spannungen darstellt. Eine derartige Alternative ist bei allen Ausführungsbeispielen möglich.

Die Fig. 6a und 6b zeigen Ausführungsbeispiele, für den Fall, daß nicht das Vorzeichen, sondern lediglich der Betrag der störenden elektrischen Kopplung KE (Fig. 1) exemplarabhängig ist. Diese Schaltungsbeispiele entstehen durch Vereinfachung der bereits beschriebenen Beispiele. Ist auch der Betrag der elektrischen Kopplung KE lediglich in vernachlässigbarer Weise exemplarabhängig, so ist es möglich, die dargestellten Trimmkondensatoren durch Festkondensatoren zu ersetzen. Die Kondensatoren C 2 bzw. C 2′ (Fig. 6a) sowie C 1 bzw. C 1′ (Fig. 6b) stellen mögliche alternative Ausführungsbeispiele dar. Die Schaltungswahl ist durch das Vorzeichen der störenden Kopplung bestimmt.

Da die erforderlichen Kapazitätswerte der Trimmkondensatoren gemäß Fig. 4c, 5b sehr klein sind, z. B. 0,5 bis 1,5 pF, sind diese in vorteilhafter Weise durch eine Leiterplattengestaltung gemäß Fig. 7 kostengünstig herstellbar. Über den schraffiert dargestellten Leiterbahnen befindet sich eine nicht dargestellte elektrische Isolierschicht, z. B. eine Kunstoffolie mit einer Dicke von einigen Mikrometern und darüber drehbar ein einseitig metallisiertes Kunststoffteil, z. B. Leiterplattenmaterial, oder ein Metallstück, das durch Federkraft gegen die Unterlage gedrückt wird. Es entsteht ein Trimmkondensator, dessen Ersatzschaltbild in Fig. 8 dargestellt ist.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit nichtinvertierenden Verstärkern VE, VA. Dabei werden in der Kompensationsschaltung die erforderlichen gegenphasigen Kompensationsspannungen sofern diese wegen des Vorzeichens der störenden Kopplung nötig sind, durch einen Übertrager hergestellt.

Die Anwendung einer Kompensationsschaltung, die lediglich am Eingang und Ausgang des SAW-Filters angeschlossen ist, kann auch ohne Übertrger arbeiten, wenn die unerwünschte Kopplung gegenphasig ist. Dann genügt eine (sehr kleine) Kapazität zwischen Eingang und Ausgang des Filters zur Kompensation.

Mit den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die eingangs erwähnte Stör-Sprungspannung UST (Fig. 2) auf so kleine Werte kompensierbar, daß sie im Signalverlauf nicht mehr nachweisbar ist.

Claims (8)

1. Elektrische Filterschaltung, bestehend aus einer Reihenschaltung aus einem Eingangsverstärker, einem Oberflächenwellenfilter und einem Ausgangsverstärker, insbesondere für den Bild-Ton-Vorstufenverstärker eines Fernsehsenders, dadurch gekennzeichnet,
- daß zumindest der elektrische Filterausgang (3) des Oberflächenwellenfilters (F) mit einer Kompensationsschaltung (KS) verbunden ist, die zumindest ein passives elektrisches Bauelement enthält, das als Kondensator (C 1) ausgebildet ist, und
- daß der Kondensator (C 1) zwischen dem Filterausgang (3) und mindestens einem weiteren Anschlußpunkt (1, 2, 4) der Reihenschaltung derart gekoppelt ist, daß eine Kompensation der störenden elektrischen Kupplung (KE) möglich ist.

2. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Eingangsverstärker (VE) als invertierender Verstärker ausgebildet ist.

3. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (KS) lediglich aus mehreren Kondensatoren aufgebaut ist.

4. Elektrische Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Kondensatoren (C 1) als verstellbarer Trimmkondensator ausgebildet ist.

5. Elektrische Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (KS) lediglich aus mehreren Kondensatoren aufgebaut ist, von denen mindestens einer mit dem Bezugspotential (ER) der Reihenschaltung verbunden ist.

6. Elektrische Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kondensator (C 1) als abgleichbare mehrlagige gedruckte Schaltung ausgebildet ist (Fig. 7).

7. Elektrische Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (KS) lediglich zwischen Ein- und Ausgang des Oberflächenwellenfilters (F) angeschlossen ist und daß in der Kompensationsschaltung (KS) mindestens ein Übertrager vorhanden sein kann (Fig. 9).

8. Elektrische Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (KS) für ein geträgertes FBAS-Signal ausgelegt ist.