DE68922139T2

DE68922139T2 - Symmetrische Integratorfilterschaltungen.

Info

Publication number: DE68922139T2
Application number: DE68922139T
Authority: DE
Inventors: Johannes Otto Voorman
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2009-06-03
Also published as: JPH0236609A; JP2964149B2; KR970008793B1; DE68922139D1; US4926135A; EP0345880B1; EP0345880A1; KR900001121A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filterschaltung, die folgendes enthält: einen ersten Gegentakt-Verstärker mit einem nicht-invertierenden und einem invertierenden Eingang und mit einem nicht-invertierenden und einem invertierenden Ausgang, einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß, einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß, einen ersten und einen zweiten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen ersten Kondensator enthält, wobei der erste Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Ausgang und dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Verstärkers angeordnet ist, und wobei der zweite Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang und dem invertierenden Eingang des ersten Verstärkers angeordnet ist; eine erste und eine zweite Eingangsschaltung, von denen jede eine Parallelschaltung bestehend aus einem ersten Widerstand und einem zweiten Kondensator beinhaltet, wobei die erste Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem nicht- invertierenden Eingang des ersten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die zweite Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem invertierenden Eingang des ersten Verstärkers angeordnet ist; eine Verbindung zwischen dem invertierenden Ausgang des ersten Verstärkers und dem zweiten Ausgangsanschluß und eine Verbindung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang des ersten Verstärkers und dem ersten Ausgangsanschluß.
Eine derartige Filterschaltung ist sehr gut für die Realisierung aktiver RC- Filter geeignet, die Gegentakt-Verstärker enthalten.
Aktive RC-Filter, die Gegentakt-Verstärker enthalten, sind aus der US- Patentschrift 4.509.019 bekannt. In der genannten Patentschrift wird das Grundprinzip eines aktiven RC-Filters mit einem Gegentakt-Verstärker beschrieben. Außerdem erläutert die genannte Patentschrift einige Filtertypen, die auf dem genannten Prinzip basieren, unter anderem auch einen Tiefpaßfilter erster Ordnung (Figur 3). Es gibt verschiedene bekannte Verfahren für den Entwurf eines Filters mit spezifischen erwünschten Eigenschaften. Ein häufig angewandtes Verfahren besteht darin, Filterabschnitte einer niedrigeren Ordnung in Kaskadenschaltung anzuordnen. Es ist allgemein üblich, zu diesem Zweck Filterabschnitte erster und zweiter Ordnung zu verwenden. Filterabschnitte einer Ordnung höher als vier werden kaum eingesetzt, da derartige Filterabschnitte schwierig zu realisieren sind. Eine Filterschaltung des eingangs erwähnten Typs ist aus dem Artikel "New Structures for MOSFET-C Filters", erschienen in den Proceedings of the IEEE, Band 75, Nr. 7, Juli 1987, S. 957, bekannt. Dieser Artikel beschreibt, wie schwierig es sein kann, bekannte Filterausführungen in Versionen umzusetzen, die Gegentakt-Verstärker enthalten. In diesem Artikel werden drei verschiedene Filterabschnitte zweiter Ordnung mit Gegentakt-Verstärkern vorgestellt. Ein Nachteil dieser bekannten Filterschaltungen besteht darin, daß nur Filter zweiter Ordnung erwähnt werden und daß keiner der Filter dafür geeignet ist, alle Filterfunktionen zu realisieren, die bei der genannten Ordnung üblich und möglich sind, ohne die Konfiguration stark zu verändern, d.h. ohne die Zusammenschaltungen zwischen den Filterelementen und manchmal die Positionen der Eingänge und der Ausgänge des Netzwerkes zu verändern. Aus diesem Grund ist der systematische Entwurf von aktiven RC-Filtern mit Gegentakt-Verstärkern eine schwierige Aufgabe.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, Filterschaltungen zu schaffen, mit denen aktive RC-Filter erster oder einer höheren Ordnung 1eicht realisiert werden können.
Erfindungsgemäß ist eine Filterschaltung des eingangs definierten Typs dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung auch eine dritte und eine vierte Eingangsschaltung umfaßt, von denen jede einen dritten Kondensator enthält, wobei die dritte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem invertierenden Eingang des ersten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die vierte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Verstärkers angeordnet ist.
Diese Filterschaltung bildet die Grundkonfiguration, die als Grundlage für die Realisierung von Filterschaltungen erster und einer höheren Ordnung dient, so daß aktive RC-Filter einer bestimmten Ordnung für im wesentlichen jede mögliche Filterfunktion realisiert werden können, indem lediglich die Werte der Widerstände und Kondensatoren verändert werden.
Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung außerdem eine erste und eine zweite Koppelschaltung enthält, von denen jede einen zweiten Widerstand enthält, wobei die erste Koppelschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Verstärkers und dem invertierenden Ausgang des ersten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die zweite Koppelschaltung zwischen dem invertierenden Eingang des ersten Verstärkers und dem nicht-invertierenden Ausgang des ersten Verstärkers angeordnet ist.
Durch das Hinzufügen von zwei Netzwerkelementen entsteht eine allgemeine Filterschaltung erster Ordnung. Filterschaltungen mit speziellen Eigenschaften werden durch die geeignete Auswahl der Werte der Filterelemente erreicht.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind, und daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind. Daraus ergibt sich ein Allpaß-Netzwerk erster Ordnung.
In "Analysis and compensation of high-frequency effects in integrated MOSFET-C continuous-time filters", S. 862 - 875 der IEEE Transactions on Circuits and Systems, CAS-34, Nr. 8, vom August 1987, wird in den Figuren 1 und 4 eine Filterschaltung entsprechend Anspruch 1 dargestellt, in der der zweite Kondensator nicht enthalten ist. Auch in "Considerations in the design of high frequency fully integrated continuous time filters", Band 3, S. 1439 - 1442 der 1985 International Symposium on Circuits and Systems Proceedings vom 5. - 17. Juni 1985 in Kyoto, wird in Fig. 1 eine Filterschaltung entsprechend Anspruch 1 ohne den zweiten Kondensator dargestellt.
Durch Erweiterung der Grundkonfiguration wird eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterschaltung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Filterschaltung außerdem folgendes enthält: einen zweiten Gegentakt-Verstärker mit einem nicht-invertierenden und einem invertierenden Eingang und mit einem nicht- invertierenden und einem invertierenden Ausgang; eine fünfte und eine sechste Eingangsschaltung, von denen jede einen vierten Kondensator enthält, wobei die fünfte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die sechste Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist; eine siebte und eine achte Eingangsschaltung, von denen jede einen dritten Widerstand enthält, wobei die siebte Eingangsschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang des ersten Verstärkers und dem nicht-invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die achte Eingangsschaltung zwischen dem invertierenden Ausgang des ersten Verstärkers und dem invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist; einen dritten und einen vierten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen fünften Kondensator enthält, wobei der dritte Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Ausgang und dem nicht- invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist, und wobei der vierte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang und dem invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist; eine erste und eine zweite Koppelschaltung, von denen jede einen zweiten Widerstand enthält, wobei die erste Koppelschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Eingang des ersten Verstärkers und einem ersten Knotenpunkt angeordnet ist, und wobei die zweite Koppelschaltung zwischen dem invertierenden Eingang des ersten Verstärkers und einem zweiten Knotenpunkt angeordnet ist; eine dritte und eine vierte Koppelschaltung, von denen jede einen vierten Widerstand enthält, wobei die dritte Koppelschaltung zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem nicht-invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die vierte Koppelschaltung zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem invertierenden Eingang des zweiten Verstärkers angeordnet ist.
Eine Abänderung hiervon ergibt eine allgemeine Filterschaltung zweiter Ordnung, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Knotenpunkt und der invertierende Ausgang des zweiten Verstärkers und ein vierter Ausgangsanschluß miteinander verbunden sind, und daß der zweite Knotenpunkt und der nichtinvertierende Ausgang des zweiten Verstärkers und ein dritter Ausgangsanschluß miteinander verbunden sind. Spezielle Ausführungsformen der Filterschaltung zweiter Ordnung werden durch Veränderung der Werte der Widerstände und Kondensatoren erzielt.
Eine Ausführungsform mit den Eigenschaften eines Allpaß-Netzwerkes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind; daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der dritten Widerstände in der siebten und in der achten Eingangsschaltung und diejenigen der vierten Widerstände in der dritten und in der vierten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und daß die Kapazitätswerte der vierten Kondensatoren in der fünften und in der sechsten Eingangsschaltung und diejenigen der fünften Kondensatoren in dem dritten und in dem vierten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind.
Eine weitere Erweiterung der Grundkonfiguration ergibt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Filterschaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Filterschaltung außerdem folgendes enthält: einen dritten Gegentakt-Verstärker mit einem nicht-invertierenden und einem invertierenden Eingang und einem nicht- invertierenden und einem invertierenden Ausgang; einen fünften und einen sechsten Ausgangsanschluß; eine neunte und eine zehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen sechsten Kondensator enthält, wobei die neunte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die zehnte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist; eine elfte und eine zwölfte Eingangsschaltung, von denen jede einen siebten Kondensator enthält, wobei die elfte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die zwölfte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist; eine dreizehnte und eine vierzehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen fünften Widerstand enthält, wobei die dreizehnte Eingangsschaltung zwischen dem invertierenden Ausgang des zweiten Verstärkers und dem invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die vierzehnte Eingangsschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang des zweiten Verstärkers und dem nicht-invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist; eine fünfte und eine sechste Koppelschaltung, von denen jede einen sechsten Widerstand enthält, wobei die fünfte Koppelschaltung zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem nicht-invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die sechste Koppelschaltung zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem invertierenden Eingang des dritten Verstärkers angeordnet ist; einen fünften und einen sechsten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen achten Kondensator enthält, wobei der fünfte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Eingang und dem invertierenden Ausgang des dritten Verstärkers angeordnet ist, und wobei der sechste Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Eingang und dem nicht-invertierenden Ausgang des dritten Verstärkers angeordnet ist; und daß der invertierende Ausgang des dritten Verstärkers mit dem sechsten Ausgangsanschluß verbunden ist und daß der nicht-invertierende Ausgang des dritten Verstärkers mit dem fünften Ausgangsanschluß verbunden ist.
Eine weitere Ausführungsform ergibt eine allgemeine Filterschaltung dritter Ordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der erste Knotenpunkt mit dem invertierenden Ausgang des dritten Verstärkers verbunden ist und der zweite Knotenpunkt mit dem nicht-invertierenden Ausgang des dritten Verstärkers verbunden ist.
Spezielle Filterschaltungen können durch Veränderung der Werte der Widerstände und der Kondensatoren erreicht werden.
Ein Allpaß-Netzwerk wird erreicht, wenn die Konduktanzwerte der ersten Widerstände in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände in der ersten und in der zweiten Koppel schal tung im wesentlichen gleich sind; wenn die Konduktanzwerte der dritten Widerstände in der siebten und in der achten Eingangsschaltung und diejenigen der vierten Widerstände in der dritten und in der vierten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; wenn die Konduktanzwerte der fünften Widerstände in der dreizehnten und in der vierzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Widerstände in der fünften und in der sechsten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; wenn die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Kondensatoren in der neunten und in der zehnten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind; wenn die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensator ren in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; wenn die Kapazitätswerte der vierten Kondensatoren in der fünften und in der sechsten Eingangsschaltung und diejenigen der fünften Kondensatoren in dem dritten und in dem vierten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und wenn die Kapazitätswerte der siebten Kondensatoren in der elften und in der zwölften Eingangsschaltung und diejenigen der achten Kondensatoren in dem fünften und in dem sechsten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind.
Noch eine weitere Erweiterung der Grundkonfiguration ergibt eine vierte Ausführungsform einer erfi nd ungsgemäßen Filterschaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Filterschaltung außerdem folgendes enthält: einen vierten Gegentakt-Verstärker mit einem nicht-invertierenden Eingang und einem invertierenden Eingang und mit einem nicht-invertierenden Ausgang und einem invertierenden Ausgang; einen siebten und einen achten Ausgangsanschluß; eine fünfzehnte und eine sechzehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen neunten Kondensator enthält, wobei die fünfzehnte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem nicht-invertierenden Eingang des vierten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die sechzehnte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem invertierenden Eingang des vierten Verstärkers angeordnet ist; eine siebzehnte und eine achtzehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen siebten Widerstand enthält, wobei die siebzehnte Eingangsschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang des dritten Verstärkers und dem nicht-invertierenden Eingang des vierten Verstärkers angeordnet ist, und wobei die achtzehnte Eingangsschaltung zwischen dem invertierenden Ausgang des dritten Verstärkers und dem invertierenden Eingang des vierten Verstärkers angeordnet ist; einen siebten und einen achten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen zehnten Kondensator enthält, wobei der siebte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Eingang und dem invertierenden Ausgang des vierten Verstärkers angeordnet ist, und wobei der achte Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Eingang und dem nicht-invertierenden Ausgang des vierten Verstärkers angeordnet ist; einen neunten und einen zehnten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen achten Widerstand enthält, wobei der neunte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Eingang und dem invertierenden Ausgang des vierten Verstärkers angeordnet ist, und wobei der zehnte Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Eingang und dem nicht-invertierenden Ausgang des vierten Verstärkers angeordnet ist; und daß der invertierende Ausgang des vierten Verstärkers mit dem achten Ausgangsanschluß verbunden ist und der nicht-invertierende Ausgang des vierten Verstärkers mit dem siebten Ausgangsanschluß verbunden ist.
Dies ist eine allgemeine Filterschaltung vierter Ordnung, die die Realisierung von Filtern mit speziellen Eigenschaften durch Veränderung der Werte der Widerstände und der Kondensatoren ermöglicht.
Ein Allpaß-Netzwerk wird dadurch erreicht, daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der dritten Widerstände in der siebten und in der achten Eingangsschaltung und diejenigen der vierten Wiederstände in der dritten und in der vierten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der fünften Widerstände in der dreizehnten und in der vierzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Widerstände in der fünften und in der sechsten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der siebten Widerstände in der siebzehnten und in der achtzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der achten Widerstände in dem neunten und in dem zehnten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der vierten Kondensatoren in der fünften und in der sechsten Eingangsschaltung und diejenigen der fünften Kondensatoren in dem dritten und in dem vierten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der siebten Kondensatoren in der elften und in der zwölften Eingangsschaltung und diejenigen der achten Kondensatoren in dem fünften und in dem sechsten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der neunten Kondensatoren in der fünfzehnten und in der sechzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der zehnten Kondensatoren in dem siebten und in dem achten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und daß die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Kondensatoren in der neunten und in der zehnten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind.
Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Grundkonfiguration erster Ordnung;
Figur 2 ein Schaltbild einer allgemeinen erfindungsgemäßen Filterschaltung erster Ordnung;
Figur 3 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Allpaß-Filterschaltung erster Ordnung;
Figur 4 ein Schaltbild einer Hochpaß-Filterschaltung erster Ordnung; Figur 5 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Grundkonfiguration zweiter Ordnung;
Figur 6 ein Schaltbild einer allgemeinen erfindungsgemäßen Filterschaltung zweiter Ordnung;
Figur 7 ein Schaltbild einer Tiefpaß-Filterschaltung zweiter Ordnung;
Figur 8 ein Schaltbild einer Hochpaß-Filterschaltung zweiter Ordnung;
Figur 9 ein Schaltbild einer Filterschaltung zweiter Ordnung mit einem Übertragungsnullpunkt;
Figur 10 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Allpaß-Filterschaltung zweiter Ordnung;
Figur 11 ein Schaltbild einer Bandpaß-Filterschaltung zweiter Ordnung;
Figur 12 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Grundkonfiguration dritter Ordnung;
Figur 13 ein Schaltbild einer allgemeinen erfindungsgemäßen Filterschaltung dritter Ordnung;
Figur 14 ein Schaltbild einer Tiefpaß-Filterschaltung dritter Ordnung;
Figur 15 ein Schaltbild einer Hochpaß-Filterschaltung dritter Ordnung;
Figur 16 ein Schaltbild einer Filterschaltung dritter Ordnung mit einem Übertragungsnullpunkt;
Figur 17 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Allpaß-Filterschaltung dritter Ordnung;
Figur 18 ein Schaltbild einer allgemeinen erfindungsgemaßen Filterschaltung vierter Ordnung;
Figur 19 ein Schaltbild einer Tiefpaß-Filterschaltung vierter Ordnung;
Figur 20 ein Schaltbild einer Hochpaß-Filterschaltung vierter Ordnung;
Figur 21 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Allpaß-Filterschaltung vierter Ordnung.
Nachfolgend werden einige Beispiele für erfindungsgemäße Filterschaltungen beschrieben. Es werden Beispiele für Filterschaltungen erster bis vierter Ordnung gegeben, bei denen eine geeignete Auswahl der Bauelementdaten nützliche Filter ergibt.
Figur 1 zeigt in Form eines Schaltbildes die Grundkonfiguration, auf der alle Filterschaltungen beruhen. Sie enthält einen Gegentakt-Verstärker A&sub1; mit einem nicht-invertierenden Eingang 3 und einem invertierenden Eingang 4, einem invertierenden Ausgang 5 und einem nicht-invertierenden Ausgang 6. Die Filterschaltung hat zwei Eingangsanschlüsse 1 und 2 und zwei Ausgangsanschlüsse 7 und 8. Der Verstärker A&sub1; enthält einen Rückkopplungskondensator C zwischen dem invertierenden Ausgang 5 und dem nicht-invertierenden Eingang 3 und zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang 6 und dem invertierenden Eingang 4. Eine Parallelschaltung eines Widerstandes R&sub1; und eines Kondensators C&sub2; ist zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem nicht-invertierenden Eingang 3 und zwischen dem Eingangsanschluß 2 und dem invertierenden Eingang 4 angeordnet. Ein Kondensator C&sub3; ist zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem invertierenden Eingang 4 und zwischen dem Eingangsanschluß 2 und dem nichtinvertierenden Eingang 3 angeordnet. Der invertierende Ausgang 5 ist mit dem Ausgangsanschluß 8 verbunden, und der nicht-invertierende Ausgang 6 ist mit dem Ausgangsanschluß 7 verbunden. Diese Kreuzschaltung garantiert, daß die Ausgangssignale die gleiche Polarität wie die an der Filterschaltung anliegenden Eingangssignale haben. Die Schaltung ist vollkommen symmetrisch und wird von zwei Gegentakt- Eingangssignalen entgegengesetzter Polarität angesteuert. Figur 2 zeigt eine allgemeine Filterschaltung erster Ordnung. Diese Schaltung wird dadurch erreicht, daß zu der in Figur 1 dargestellten Schaltung zwei Widerstände R&sub2; zwischen den invertierenden Ausgang 5 und den nicht-invertierenden Eingang 3 und zwischen den nicht-invertierenden Ausgang 6 und den invertierenden Eingang 4 hinzugefügt werden. Die Filterschaltung funktioniert folgendermaßen: Eine Eingangsspannung +V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 1 an, und eine gleichgroße aber entgegengesetzte Eingangsspannung -V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 2 an. Eine Ausgangsspannung +V&sub2; kann am Ausgangsanschluß 7 abgenommen werden, und eine gleichgroße aber entgegengesetzte Ausgangsspannung -V&sub2; kann am Ausgangsanschluß 8 abgenommen werden.
Die Spannungsübertragungsfunktioii kann berechnet werden, indem die Knotenpunktgleichung für die Ströme im Knotenpunkt N&sub1; gelöst wird. N&sub1; entspricht dem nicht-invertierenden Eingang 3 des Verstärkers A&sub1;, von dem angenommen wird, daß er keinen Eingangsstrom zieht. In diesem Fall gilt die folgende Gleichung:
G&sub1; * V&sub1; + p * (C&sub2; - C&sub3;) * V&sub1; = G&sub2; * V&sub2; + p * C&sub1; * V&sub2; (1)
wobei Gi den Konduktanzwert des Widerstandes R gemäß 1/Ri = Gi darstellt und p die komplexe Frequenz p = jω ist. Formel (2) ist eine komplexe Übertragungsfunktion der Filterschaltung, ausgedrückt als ein Polynom von p. Die höchste Potenz von p bestimmt die Ordnung der Filterschaltung. Die in Figur 2 gezeigte Schaltung ist infolgedessen erster Ordnung. Durch Veränderung der Werte der Filterbauteile ergeben sich Filterschaltungen mit speziellen Eigenschaften. Nachfolgend werden einige Beispiele für derartige Schaltungen gegeben.
Figur 3 zeigt eine Allpaß-Filterschaltung erster Ordnung. Sie wird realisiert, indem in der allgemeinen, in Figur 2 dargestellten Filterschaltung erster Ordnung C&sub2;=0, G&sub1;=G&sub2;=G und C&sub3;=C&sub1;=C gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfünktion ergibt sich dann aus
Eine derartige Übertragungsfunktion ist durch einen frequenzunabhängigen Amplitudengang gekennzeichnet.
Figur 4 zeigt ein zweites Beispiel. Hierbei handelt sich um eine Hochpaß- Filterschaltung erster Ordnung, die realisiert wird, indem in der allgemeinen, in Figur 2 dargestellten Filterschaltung erster Ordnung G&sub1;=0 und C&sub3;=0 gewählt wird. Die Übertragungsfunktion ergibt sich dann aus
Es ist außerdem zu beachten, daß eine Tiefpaß-Filterschaltung erster Ordnung realisiert werden kann, indem in der allgemeinen, in Figur 2 dargestellten Filterschaltung C&sub2;=0 und C&sub3;=0 gewählt wird.
Eine Erweiterung der in Figur 1 dargestellten Grundkonfiguration ergibt eine Filterschaltung, die als Grundkonfiguration für in Figur 5 schematisch gezeigte Filterschaltungen zweiter Ordnung angesehen werden kann. Diese Konfiguration wird erreicht, indem die folgenden Bauteile zu der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung hinzugefügt werden: ein zweiter Gegentakt-Verstärker A&sub2; mit einem nicht-invertierenden Eingang 11, einem invertierenden Eingang 12, einem invertierenden Ausgang 13 und einem nicht-invertierenden Ausgang 14; ein Widerstand R&sub2; zwischen dem Knotenpunkt 9 und dem nicht-invertierenden Eingang 3 des ersten Verstärkers A&sub1; und zwischen dem Knotenpunkt 10 und dem invertierenden Eingang des Verstärkers A&sub1;; ein Widerstand R&sub4; zwischen dem nicht-invertierenden Eingang 11 des Verstärkers A&sub2; und dem Knotenpunkt 9 und zwischen dem invertierenden Eingang 12 des Verstärkers A&sub2; und dem Knotenpunkt 10; ein Widerstand R&sub3; zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang 6 des Verstärkers A&sub1; und dem nicht-invertierenden Eingang 11 des Verstärkers A&sub2; und zwischen dem invertierenden Ausgang 5 von A&sub1; und dem invertierenden Eingang 12 des Verstärkers A&sub2;; ein Kondensator C&sub4; zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem nicht-invertierenden Eingang 11 des Verstärkers A&sub2; und zwischen dem Eingangsanschluß 2 und dem invertierenden Eingang 12 des Verstärkers A&sub2;; ein Kondensator C&sub5; zwischen dem nicht-invertierenden Eingang 11 und dem invertierenden Ausgang 13 des Verstärkers A&sub2; und zwischen dem invertierenden Eingang 12 und dem nicht-invertierenden Ausgang 14 des Verstärkers A&sub2;. Eine allgemeine Filterschaltung zweiter Ordnung ist in Figur 6 dargestellt und wird dadurch realisiert, daß in der in Figur 5 gezeigten Schaltung eine Verbindung zwischen dem Knotenpunkt 9 und dem invertierenden Ausgang 13 des Verstärkers A&sub2; und zwischen dem Knotenpunkt 10 und dem nicht-invertierenden Ausgang 14 des Verstärkers A&sub2; geschaffen wird. Zusätzlich wird der invertierende Ausgang 13 des Verstärkers A&sub2; mit dem Ausgangsanschluß 16 und der nicht-invertierende Ausgang 14 des Verstärkers A&sub2; mit dem Ausgangsanschluß 15 verbunden. Diese Kreuzschaltung am Ausgang der Anordnung garantiert, daß die Ausgangssignale die gleiche Polarität wie die Eingangssignale aufweisen.
Eine Eingangsspannung +V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 1 an, und eine Eingangsspannung -V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 2 an. An dem invertierenden Ausgang 5 des Verstärkers A&sub1; kann eine Spannung -V&sub2; abgenommen werden, und an dem nicht-invertierenden Ausgang 6 des Verstärkers A&sub1; kann eine Spannung +V&sub2; abgenommen werden. An dem Ausgangsanschluß 15 der Filterschaltung kann eine Spannung +V&sub3; abgenommen werden, und an dem Ausgangsanschluß 16 kann eine Spannung -V&sub3; abgenommen werden. Die positiven und negativen Vorzeichen vor den Signalspannungen zeigen an, daß die Signalspannungen die gleiche Amplitude haben, jedoch eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Zur Berechnung der Spannungsübertragungsfunktion sei angenommen, daß die Gegentakt-Verstärker A&sub1; und A&sub2; keinen Eingangsstrom ziehen. Außerdem wird ein zweiter Knotenpunkt N&sub2; eingeführt, der dem nicht- invertierenden Eingang 11 des Verstärkers A&sub2; entspricht.
Der Knotenpunkt N&sub1; entspricht:
G&sub1; * V&sub1; + p * (C&sub2; - C&sub3;) * V&sub1; = G&sub2; * V&sub3; + p * C&sub1; * V&sub2; (5)
und der Knotenpunkt N&sub2; entspricht:
G&sub3; * V&sub2; + p * C&sub4; * V&sub1; = G&sub4; * V&sub3; + p * C&sub5; * V&sub3; (6)
V&sub2; kann aus den Gleichungen entfernt werden, indem die Terme der Gleichung (5) mit G&sub3; und diejenigen der Gleichung (6) mit p*C&sub1; multipliziert werden und danach (5) und (6) addiert werden, wie nachfolgend dargestellt:
Aus dem Ergebnis kann die Spannungsübertragungsfunktion berechnet werden:
Dies ist eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung. Durch geeignete Wahl der Werte der Filterbauelemente können spezielle Filterschaltungen zweiter Ordnung realisiert werden, von denen einige Beispiele im folgenden beschrieben werden. Eine Tiefpaß-Filterschaltung zweiter Ordnung kann realisiert werden, indem in (8) C&sub2;=C&sub3;=C&sub4;=0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Das Schaltbild des Tiefpaßfilters ist in Figur 7 dargestellt.
Eine Hochpaß-Filterschaltung zweiter Ordnung kann realisiert werden, indem in (8) G&sub1; = 0 und C&sub3; = 0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
und das Schaltbild des Hochpaßfilters ist in Figur 8 dargestellt.
Eine Filterschaltung zweiter Ordnung, mit deren Hilfe die Frequenz gesperrt werden kann, auch Bandsperre oder Kerbfilter genannt, kann realisiert werden, indem in (8) C&sub2; =C&sub3; =0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
und das entsprechende Schaltbild ist in Figur 9 dargestellt. Ein weiteres Beispiel bezieht sich auf eine Filterschaltung, die sich wie ein Allpaß zweiter Ordnung verhält. Wählt man in (8) G&sub2;=G&sub1;, G&sub4;=G&sub3;, C&sub2;=0, C&sub1;=C&sub3; und C&sub5;=C&sub4;, ergibt sich die folgende Spannungsübertragungsfunktion:
Das Schaltbild des Allpaß-Filters ist in Figur 10 dargestellt.
Das letzte Beispiel für eine spezielle Filterschaltung zweiter Ordnung ist eine Bandpaß-Schaltung zweiter Ordnung, die in Figur 11 abgebildet ist. Sie wird realisiert, indem in (8) G&sub1; =0 und C&sub3;=C&sub4;=0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Die Grundkonfiguration für die in Figur 5 gezeigte Filterschaltung zweiter Ordnung kann erweitert werden, um eine Grundkonfiguration dritter Ordnung zu realisieren, deren Schaltbild in Figur 12 zu sehen ist. Diese Konfiguration wird erreicht, indem die folgenden Bauelemente zu der in Figur 5 abgebildeten Schaltung hinzugefügt werden: ein Gegentakt-Verstärker A&sub3; mit einem nicht-invertierenden Eingang 17 und einem invertierenden Eingang 18 und mit einem invertierenden Ausgang 19 und einem nicht- invertierenden Ausgang 20; ein Kondensator C&sub6; zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem nicht-invertierenden Eingang 17 und zwischen dem Eingangsanschluß 2 und dem invertierenden Eingang 18; ein Kondensator C&sub7; zwischen dem Eingangsanschluß 1 und dem invertierenden Eingang 18 und zwischen dem Eingangsanschluß 2 und dem nicht- invertierenden Eingang 17; ein Widerstand R&sub5; zwischen dem invertierenden Ausgang 13 und dem invertierenden Eingang 18 und zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang 14 und dem nicht-invertierenden Eingang 17; ein Kondensator C&sub8; zwischen dem nicht- invertierenden Eingang 17 und dem invertierenden Ausgang 19 und zwischen dem invertierenden Eingang 18 und dem nicht-invertierenden Ausgang 20; ein Widerstand R&sub6; zwischen dem Knotenpunkt 9 und dem nicht-invertierenden Eingang 17 und zwischen dem Knotenpunkt 10 und dem invertierenden Eingang 18. Außerdem ist der invertierende Ausgang 19 mit dem Ausgangsanschluß 22 und der nicht-invertierende Ausgang 22 mit dem Ausgangsanschluß 21 verbunden. Eine allgemeine Filterschaltung dritter Ordnung ist in Figur 13 dargestellt und wird dadurch realisiert, daß in der in Figur 12 gezeigten Schaltungsanordnung eine Verbindung zwischen dem Knotenpunkt 9 und dem invertierenden Ausgang 19 und zwischen dem Knotenpunkt 10 und dem nicht-invertierenden Ausgang 20 geschaffen wird. Eine Eingangsspannung +V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 1 an, und eine Eingangsspannung -V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 2 an. Die Ausgangsspannung an dem invertierenden Ausgang 5 des Verstärkers A&sub1; ist -V&sub2;, diejenige an dem nicht-invertierenden Ausgang 6 des Verstärkers A&sub1; ist +V&sub2;, diejenige an dem invertierenden Ausgang 13 des Verstärkers A&sub2; ist -V&sub3;, diejenige an dem nicht- invertierenden Ausgang 14 des Verstärkers A&sub2; ist +V&sub3;, diejenige an dem Ausgangsanschluß 21 ist +V&sub4; und diejenige an dem Ausgangsanschluß 22 ist -V&sub4;. Außerdem wird ein dritter Knotenpunkt N&sub3; gezeigt, der dem nicht-invertierenden Eingang 17 des Verstärkers A&sub3; entspricht.
Der Knotenpunkt N&sub1; entspricht:
G&sub1; * V&sub1; + p * (C&sub2; - C&sub3;) * V&sub1; = G&sub2; * V&sub4; + p * C&sub1; * V&sub2; (14)
Der Knotenpunkt N&sub2; entspricht:
G&sub3; * V&sub2; + p * C&sub4; * V&sub1; = G&sub4; * V&sub4; + p * C&sub5; * V&sub3; (15)
Und der Knotenpunkt N&sub3; entspricht:
G&sub5; * V&sub3; + p * (C&sub6; - C&sub7;) * V&sub1; = G&sub6; * V&sub4; + p * C&sub8; * V&sub4; (16)
In diesen drei Gleichungen können V&sub2; und V&sub3; folgendermaßen entfernt werden:
woraus sich die folgende Spannungsübertragungsfunktion ergibt:
Filter mit speziellen Eigenschaften können realisiert werden, indem die Werte der Filterbauelemente in der in Figur 13 gezeigten allgemeinen Filterschaltung dritter Ordnung geeignet ausgewählt werden.
Ein erstes Beispiel ist ein Tiefpaß-Filter dritter Ordnung, dessen Schaltbild in Figur 14 gezeigt wird. Dieses Filter wird realisiert, indem in (18) C&sub2;=C&sub3;=C&sub5;=C&sub6;=C&sub7;=0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Ein zweites Beispiel ist eine in Figur 15 abgebildete Hochpaß-Filterschaltung dritter Ordnung, die realisiert wird, indem in (18) G&sub1;=0 und C&sub3;=C&sub7;=0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Ein drittes Beispiel ist eine Bandsperre dritter Ordnung, deren Schaltbild in Figur 16 dargestellt ist. Indem in (18) G&sub5;=G&sub1;, C&sub3;=C&sub7;=0 und C&sub2;*C&sub4;=C&sub5;*C&sub6; gewählt wird, ergibt sich die Spannungsübertragungsfunktion aus:
Der Zähler in Gleichung (21) beinhaltet nun einen Term, der dem Zähler der Spannungsübertragungsfunktion (11) einer Bandsperre zweiter Ordnung entspricht.
Figur 17 zeigt ein viertes Beispiel. Hierbei handelt es sich um einen Allpaß dritter Ordnung, der realisiert wird, indem in Formel (18) G&sub2;=G&sub1;, G&sub4;=G&sub3;, G&sub6;=G&sub5;, C&sub2;=C&sub6;=0, C&sub3;=C&sub1;, C&sub5;=C&sub4; und C&sub8;=C&sub7; gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Die in Figur 12 dargestellte Grundkonfiguration dritter Ordnung kann erweitert werden, um eine allgemeine Schaltungsanordnung vierter Ordnung gemäß Figur 18 zu erhalten, indem die folgenden Bauteile zu der in Figur 12 gezeigten Schaltungsanordnung hinzugefügt werden: ein Gegentakt-Verstärker A&sub4; mit einem nicht-invertierenden Eingang 23 und einem invertierenden Eingang 24 und mit einem invertierenden Ausgang 25 und einem nicht-invertierenden Ausgang 26; ein Kondensator C&sub9; zwischen dem ersten Eingangsanschluß 1 und dem nicht-invertierenden Eingang 23 und zwischen dem Eingangsanschluß 2 und dem invertierenden Eingang 24; ein Widerstand R&sub7; zwischen dem invertierenden Ausgang 19 und dem invertierenden Eingang 24 und zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang 20 und dem nicht-invertierenden Eingang 23; die Parallelschaltung eines Widerstandes R&sub8; und eines Kondensators C&sub1;&sub0; zwischen dem nicht-invertierenden Eingang 23 und dem invertierenden Ausgang 25 und zwischen dem invertierenden Eingang 24 und dem nicht-invertierenden Ausgang 26. Außerdem wird eine Verbindung zwischen einem ersten Ausgangsanschluß 27 und dem nicht- invertierenden Ausgang 26 und zwischen dem zweiten Ausgangsanschluß 28 und dem invertierenden Ausgang 25 geschaffen.
Es sollte festgehalten werden, daß die in Figur 18 gezeigte Schaltungsanordnung nicht identisch ist mit einer Grundkonfiguration vierter Ordnung entsprechend der Grundkonfiguration dritter Ordnung aus Figur 12, der Grundkonfiguration zweiter Ordnung aus Figur 5 und der Grundkonfiguration erster Ordnung aus Figur 1, sondern eine allgemeine Filterschaltung vierter Ordnung entsprechend der allgemeinen Filterschaltung dritter Ordnung aus Figur 13, der allgemeinen Filterschaltung zweiter Ordnung aus Figur 16 und der allgemeinen Filterschaltung erster Ordnung aus Figur 2 ist. Eine Erweiterung zum Erhalt von Grundkonfigurationen fünfter oder höherer Ordnung und, davon abgeleitet, allgemeiner Filterschaltungen fünfter oder höherer Ordnung ist leicht möglich, indem auf die obenbeschriebene Weise vorgegangen wird.
Eine Eingangsspannung +V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 1 an, und eine Eingangsspannung -V&sub1; liegt an dem Eingangsanschluß 2 an. Die Ausgangsspannung am invertierenden Ausgang 5 des Verstärkers A&sub1; ist -V&sub2;, diejenige am nicht-invertierenden Ausgang 6 des Verstärkers A&sub1; ist +V&sub2;, diejenige am invertierenden Ausgang 13 des Verstärkers A&sub2; ist -V&sub3;, diejenige am nicht-invertierenden Ausgang 14 des Verstärkers A&sub2; ist +V&sub3;, diejenige am invertierenden Ausgang 19 des Verstärkers A&sub3; ist -V&sub4;, diejenige am nicht-invertierenden Ausgang 20 des Verstärkers A&sub3; ist +V&sub4;, diejenige am Ausgangsanschluß 27 ist +V&sub5;, und diejenige am Ausgangsanschluß 28 ist -V&sub5;. Außerdem wird ein vierter Knotenpunkt N&sub4; gezeigt, der dem nicht-invertierenden Eingang 23 des Verstärkers A&sub4; entspricht. Die Spannungsübertragungsfunktion wird durch Berechnung der Ströme in den vier Knotenpunkten N&sub1; ... N&sub4; bestimmt. Es sei angenommen, daß die Verstärker A&sub1; ... A&sub4; keinen Eingangsstrom ziehen. Der Knotenpunkt N&sub1; entspricht:
G&sub1; * V&sub1; + p * (C&sub2; - C&sub3;) * V&sub1; = G&sub2; * V&sub5; + p * C&sub1; * V&sub2; (23)
N&sub2; entspricht:
G&sub3; * V&sub2; + p * C&sub4; * V&sub1; = G&sub4; * V&sub5; + p * C&sub5; * V&sub3; (24)
N&sub3; entspricht:
G&sub5; * V&sub3; + p * (C&sub6; - C&sub7;) * V&sub1; = G&sub6; * V&sub5; + p * C&sub8; * V&sub4; (25)
N&sub4; entspricht:
G&sub7; * V&sub4; + p * V&sub1; = G&sub8; * V&sub5; + p * C&sub1;&sub0; * V&sub5; (26)
In diesen Gleichungen können V&sub2;, V&sub3; und V&sub4; folgendermaßen eliminiert werden:
Daraus ergibt sich die folgende Spannungsübertragungsfunktion:
Durch die Auswahl geeigneter Werte für die Filterbauelemente in (28) können spezielle Schaltungsanordnungen von der allgemeinen in Figur 18 abgebildeten Filterschaltung vierter Ordnung abgeleitet werden, für die nachfolgend einige Beispiele gegeben werden.
Eine Tiefpaß-Filterschaltung vierter Ordnung erhält man, indem in (28) C&sub2;=C&sub3;=C&sub4;=C&sub6;=C&sub7;=C&sub9;=0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Das Schaltbild ist in Figur 19 dargestellt.
Figur 20 zeigt eine Hochpaß-Filterschaltung vierter Ordnung, die man erhält, indem in (28) G&sub1;=0 und C&sub3;=C&sub7;=0 gewählt wird. Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Figur 21 zeigt eine Allpaß-Filterschaltung vierter Ordnung. Man erhält sie, indem die folgenden Voraussetzungen in Formel (28) gewählt werden: G&sub2;=G&sub1;, G&sub4;=G&sub3;, G&sub6;=G&sub5; und G&sub8;=G&sub7;;
C&sub2;=C&sub6;=0; C&sub3;=C&sub1;, C&sub5;=C&sub4;, C&sub8;=C&sub7; und C&sub1;&sub0;=C&sub9;.
Die Spannungsübertragungsfunktion ergibt sich dann aus:
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier gezeigten Ausführungsformen. Die hier dargestellten allgemeinen und speziellen Filterschaltungen erster und höherer Ordnung können nach Bedarf in Reihe angeordnet werden, um andere Filterschaltungen mit anderen Eigenschaften zu erhalten. Aus diesem Grunde sind einige Filterschaltungen an ihrem Ausgang mit Kreuzschaltungen versehen, um Änderungen der Polarität auszuschließen, wenn diese Filterschaltungen in Reihe geschaltet werden.
Wie aus der Beschreibung zu ersehen ist, ist die Erfindung in keiner Weise auf eine spezielle Integrationstechnik, wie z.B. die MOS-Technik, beschränkt.
Wie bereits oben erwähnt, beschränkt sich die Erfindung nicht auf Filterschaltungen vierter Ordnung. Wenn nach dem von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren vorgegangen wird, kann der Fachkundige jegliche gewünschte Filterschaltung höherer Ordnung entwerfen.

Claims

1. Filterschaltung, die folgendes enthält: einen ersten Gegentakt-Verstärker (A&sub1;) mit einem nicht-invertierenden Eingang (3) und einem invertierenden Eingang (4) und mit einem nicht-invertierenden Ausgang (6) und einem invertierenden Ausgang (5); einen ersten (1) und einen zweiten (2) Eingangsanschluß; einen ersten (7) und einen zweiten (8) Ausgangsanschluß; einen ersten und einen zweiten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen ersten Kondensator (C&sub1;) enthält, wobei der erste Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Ausgang (5) und dem nicht-invertierenden Eingang (3) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist, und wobei der zweite Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang (6) und dem invertierenden Eingang (4) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist; eine erste und eine zweite Eingangsschaltung, von denen jede eine Parallelschaltung bestehend aus einem ersten Widerstand (R&sub1;) und einem zweiten Kondensator (C&sub2;) beinhaltet, wobei die erste Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (1) und dem nicht-invertierenden Eingang (3) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist, und wobei die zweite Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß (2) und dem invertierenden Eingang (4) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist; eine Verbindung zwischen dem invertierenden Ausgang (5) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und dem zweiten Ausgangsanschluß (8) und eine Verbindung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang (6) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und dem ersten Ausgangsanschluß (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung auch eine dritte und eine vierte Eingangsschaltung umfäßt, von denen jede einen dritten Kondensator (C&sub3;) enthält, wobei die dritte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (l) und dem invertierenden Eingang (4) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist, und wobei die vierte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß (2) und dem nicht-invertierenden Eingang (3) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist.

2. Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung außerdem eine erste und eine zweite Koppelschaltung enthält, von denen jede einen zweiten Widerstand (R&sub2;) enthält, wobei die erste Koppelschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Eingang (3) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und dem invertierenden Ausgang (5) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist, und wobei die zweite Koppelschaltung zwischen dem invertierenden Eingang (4) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und dem nicht-invertierenden Ausgang (6) des ersten Verstärkers (A&sub1;) angeordnet ist.

3. Filterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren (C&sub2;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind; daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren (C&sub3;) in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren (C&sub1;) in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände (R&sub1;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände (R» in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind.

4. Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung außerdem folgendes enthält: einen zweiten Gegentakt-Verstärker (A&sub2;) mit einem nicht-invertierenden Eingang (11) und einem invertierenden Eingang (12) und mit einem nicht-invertierenden Ausgang (14) und einem invertierenden Ausgang (13); eine fünfte und eine sechste Eingangsschaltung, von denen jede einen vierten Kondensator (C&sub4;) enthält, wobei die fünfte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (1) und dem nicht-invertierenden Eingang (11) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist, und wobei die sechste Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß (2) und dem invertierenden Eingang (12) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist; eine siebte und eine achte Eingangsschaltung, von denen jede einen dritten Widerstand (R&sub3;) enthält, wobei die siebte Eingangsschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang (6) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und dem nicht-invertierenden Eingang (11) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist, und wobei die achte Eingangsschaltung zwischen dem invertierenden Ausgang (5) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und dem invertierenden Eingang (12) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist; einen dritten und einen vierten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen fünften Kondensator (C&sub5;) enthält, wobei der dritte Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Ausgang (13) und dem nicht-invertierenden Eingang (11) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist, und wobei der vierte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang (14) und dem invertierenden Eingang (12) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist; eine erste und eine zweite Koppelschaltung, von denen jede einen zweiten Widerstand (R&sub2;) enthält, wobei die erste Koppelschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Eingang (3) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und einem ersten Knotenpunkt (9) angeordnet ist, und wobei die zweite Koppelschaltung zwischen dem invertierenden Eingang (4) des ersten Verstärkers (A&sub1;) und einem zweiten Knotenpunkt (10) angeordnet ist; eine dritte und eine vierte Koppelschaltung, von denen jede einen vierten Widerstand (R&sub4;) enthält, wobei die dritte Koppelschaltung zwischen dem ersten Knotenpunkt (9) und dem nicht-invertierenden Eingang (11) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist, und wobei die vierte Koppelschaltung zwischen dem zweiten Knotenpunkt (10) und dem invertierenden Eingang (12) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) angeordnet ist.

5. Filterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Knotenpunkt (9) und der invertierende Ausgang (13) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) und ein vierter Ausgangsanschluß (16) miteinander verbunden sind, und daß der zweite Knotenpunkt (10) und der nicht-invertierende Ausgang (14) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) und ein dritter Ausgangsanschluß (15) miteinander verbunden sind.

6. Filterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren (C&sub2;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind; daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände (R&sub1;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände (R&sub2;) in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der dritten Widerstände (R&sub3;) in der siebten und in der achten Eingangsschaltung und diejenigen der vierten Widerstände (R&sub4;) in der dritten und in der vierten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren (C&sub3;) in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren (C&sub1;) in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und daß die Kapazitätswerte der vierten Kondensatoren (C&sub4;) in der fünften und in der sechsten Eingangsschaltung und diejenigen der fünften Kondensatoren (C&sub5;) in dem dritten und in dem vierten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind.

7. Filterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung außerdem folgendes enthält: einen dritten Gegentakt-Verstärker (A&sub3;) mit einem nicht-invertierenden Eingang (17) und einem invertierenden Eingang (18) und mit einem nicht-invertierenden Ausgang (20) und einem invertierenden Ausgang (19); einen fünften (21) und einen sechsten (22) Ausgangsanschluß; eine neunte und eine zehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen sechsten Kondensator (C&sub6;) enthält, wobei die neunte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (1) und dem nicht-invertierenden Eingang (17) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist, und wobei die zehnte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß (2) und dem invertierenden Eingang (18) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist; eine elfte und eine zwölfte Eingangsschaltung, von denen jede einen siebten Kondensator (C&sub7;) enthält, wobei die elfte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (1) und dem invertierenden Eingang (18) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist, und wobei die zwölfte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß (2) und dem nicht-invertierenden Eingang (17) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist; eine dreizehnte und eine vierzehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen fünften Widerstand (R&sub5;) enthält, wobei die dreizehnte Eingangsschaltung zwischen dem invertierenden Ausgang (13) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) und dem invertierenden Eingang (18) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist, und wobei die vierzehnte Eingangsschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang (14) des zweiten Verstärkers (A&sub2;) und dem nicht-invertierenden Eingang (17) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist; eine fünfte und eine sechste Koppelschaltung, von denen jede einen sechsten Widerstand (R&sub6;) enthält, wobei die fünfte Koppelschaltung zwischen dem ersten Knotenpunkt (9) und dem nicht-invertierenden Eingang (17) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist, und wobei die sechste Koppelschaltung zwischen dem zweiten Knotenpunkt (10) und dem invertierenden Eingang (18) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist; einen fünften und einen sechsten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen achten Kondensator (C&sub8;) enthält, wobei der fünfte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Eingang (17) und dem invertierenden Ausgang (19) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist, und wobei der sechste Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Eingang (18) und dem nicht-invertierenden Ausgang (20) des dritten Verstärkers (A&sub3;) angeordnet ist; und daß der invertierende Ausgang (19) des dritten Verstärkers (A&sub3;) mit dem sechsten Ausgangsanschluß (22) verbunden ist und daß der nicht-invertierende Ausgang (20) des dritten Verstärkers (A&sub3;) mit dem fünften Ausgangsanschluß (21) verbunden ist.

8. Filterschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Knotenpunkt (9) mit dem invertierenden Ausgang (19) des dritten Verstärkers (A&sub3;) verbunden ist, und daß der zweite Knotenpunkt (10) mit dem nicht-invertierenden Ausgang (20) des dritten Verstärkers (A&sub3;) verbunden ist.

9. Filterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände (R&sub1;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände (R&sub2;) in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der dritten Widerstände (R&sub3;) in der siebten und in der achten Eingangsschaltung und diejenigen der vierten Widerstände (R&sub4;) in der dritten und in der vierten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der fünften Widerstände (R&sub5;) in der dreizehnten und in der vierzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Widerstände (R&sub6;) in der fünften und in der sechsten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren (C&sub2;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Kondensatoren (C&sub6;) in der neunten und in der zehnten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind; daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren (C&sub3;) in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren (C&sub1;) in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der vierten Kondensatoren (C&sub4;) in der fünften und in der sechsten Eingangsschaltung und diejenigen der fünften Kondensatoren (C&sub5;) in dem dritten und in dem vierten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und daß die Kapazitätswerte der siebten Kondensatoren (C&sub7;) in der elften und in der zwölften Eingangsschaltung und diejenigen der achten Kondensatoren (C&sub8;) in dem fünften und in dem sechsten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind.

10. Filterschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung desweiteren folgendes enthält: einen vierten Gegentakt-Verstärker (A&sub4;) mit einem nicht-invertierenden Eingang (23) und einem invertierenden Eingang (24) und mit einem nicht-invertierenden Ausgang (26) und einem invertierenden Ausgang (25); einen siebten (27) und einen achten (28) Ausgangsanschluß; eine fünfzehnte und eine sechzehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen neunten Kondensator (C&sub9;) enthält, wobei die fünfzehnte Eingangsschaltung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (1) und dem nicht-invertierenden Eingang (23) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist, und wobei die sechzehnte Eingangsschaltung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß (2) und dem invertierenden Eingang (24) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist; eine siebzehnte und eine achtzehnte Eingangsschaltung, von denen jede einen siebten Widerstand (R&sub7;) enthält, wobei die siebzehnte Eingangsschaltung zwischen dem nicht-invertierenden Ausgang (20) des dritten Verstärkers (A&sub3;) und dem nicht-invertierenden Eingang (23) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist, und wobei die achtzehnte Eingangsschaltung zwischen dem invertierenden Ausgang (19) des dritten Verstärkers (A&sub3;) und dem invertierenden Eingang (24) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist; einen siebten und einen achten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen zehnten Kondensator (C&sub1;&sub0;) enthält, wobei der siebte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Eingang (23) und dem invertierenden Ausgang (25) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist, und wobei der achte Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Eingang (24) und dem nicht-invertierenden Ausgang (26) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist; einen neunten und einen zehnten Rückkopplungskreis, von denen jeder einen achten Widerstand (R&sub8;) enthält, wobei der neunte Rückkopplungskreis zwischen dem nicht-invertierenden Eingang (23) und dem invertierenden Ausgang (25) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist, und wobei der zehnte Rückkopplungskreis zwischen dem invertierenden Eingang (24) und dem nicht-invertierenden Ausgang (26) des vierten Verstärkers (A&sub4;) angeordnet ist; und daß der invertierende Ausgang (25) des vierten Verstärkers (A&sub4;) mit dem achten Ausgangsanschluß (28) verbunden ist, und daß der nicht-invertierende Ausgang (26) des vierten Verstärkers (A&sub4;) mit dem siebten Ausgangsanschluß (27) verbunden ist.

11. Filterschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konduktanzwerte der ersten Widerstände (R&sub1;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der zweiten Widerstände (R&sub2;) in der ersten und in der zweiten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der dritten Widerstände (R&sub3;)in der siebten und in der achten Eingangsschaltung und diejenigen der vierten Wiederstände (R&sub4;) in der dritten und in der vierten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der fünften Widerstände (R&sub5;) in der dreizehnten und in der vierzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Widerstände (R&sub6;) in der fünften und in der sechsten Koppelschaltung im wesentlichen gleich sind; daß die Konduktanzwerte der siebten Widerstände (R&sub7;) in der siebzehnten und in der achtzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der achten Widerstände (R&sub8;) in dem neunten und in dem zehnten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der dritten Kondensatoren (C&sub3;) in der dritten und in der vierten Eingangsschaltung und diejenigen der ersten Kondensatoren (C&sub1;) in dem ersten und in dem zweiten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der vierten Kondensatoren (C&sub4;) in der fünften und in der sechsten Eingangsschaltung und diejenigen der fünften Kondensatoren (C&sub5;) in dem dritten und in dem vierten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der siebten Kondensatoren (C&sub7;) in der elften und in der zwölften Eingangsschaltung und diejenigen der achten Kondensatoren (C&sub8;) in dem fünften und in dem sechsten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; daß die Kapazitätswerte der neunten Kondensatoren (c9) in der fünfzehnten und in der sechzehnten Eingangsschaltung und diejenigen der zehnten Kondensatoren (C&sub1;&sub0;) in dem siebten und in dem achten Rückkopplungskreis im wesentlichen gleich sind; und daß die Kapazitätswerte der zweiten Kondensatoren (C&sub2;) in der ersten und in der zweiten Eingangsschaltung und diejenigen der sechsten Kondensatoren (C&sub6;) in der neunten und in der zehnten Eingangsschaltung im wesentlichen gleich Null sind.