DE69100678T2

DE69100678T2 - Filter mit automatischer Grenzfrequenzregelung.

Info

Publication number: DE69100678T2
Application number: DE91306468T
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Amano
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-07-17
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2011-07-17
Also published as: US5200716A; EP0467653B1; DE69100678D1; JP2811928B2; EP0467653A1; JPH0477105A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filter mit automatischer Einstellung, insbesondere einen Filter mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung, der einen von dem tatsächlich verwendeten Filter getrennten Referenzfilter aufweist, dem eine Rückkopplung zugeführt wird.
Bei einem herkömmlichen Filter mit automatischer Einstellung, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, wird ein Eingangsanschluß eines Referenz-Tiefpaßfilters (nachfolgend als "Referenz-TPF" bezeichnet) mit einem Sinuswellensignal als Referenzsignal gespeist, so dar die Phasendifferenzen des Eingangssignals und eines Ausgangssignals daraus mittels eines Phasendifferenzkomparators verglichen werden. Ein Filter mit automatischer Einstellung mit Sinussignalspeisung ist in EP-A-O 158 231 offenbart. In einer gewöhnlichen elektrischen Schaltung kommt es allerdings selten vor, daß dort Sinuswellen mit einer geeigneten Frequenz für diesen Zweck vorhanden sind. Es ist daher erforderlich, eine solche herkömmliche Schaltung mit einem Sinuswellengenerator ausschließlich für den Filter mit automatischer Einstellung auszustatten. Dies bedeutet zahlreiche Einschränkungen bei der Gestaltung der Schaltung, des Systems und des Substrats elektrischer Schaltungen. Die Gestaltung und Anordnung im einzelnen eines typischen herkömmlichen Filters mit automatischer Einstellung und die darin liegenden Probleme werden weiter unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die in den herkömmlichen Filtern existierenden Probleme zu überwinden und einen verbesserten Filter mit autoinatischer Grenzfrequenzeinstellung zu schaffen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Filter mit automatischer Einstellung zu schaffen, der nicht die Bereitstellung eines Sinuswellengenerators erfordert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Filter mit automatischer Einstellung zu schaffen, bei dem ein Rechtecksignal als Referenzsignal zum Speisen eines Referenzfilters verwendet wird.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird ein Filter mit autoniatischer Grenzfrequenzeinstellung geschaffen, der aufweist:
eine Mehrzahl von Filtern, deren Grenzfrequenz elektrisch steuerbar ist, von denen einer ein Referenzfilter ist, der mit einem Rechtecksignal einer bestimmten Frequenz als Referenzeingangssignal gespeist wird;
eine Rückkopplungsschaltung, die das Eingangssignal und ein Ausgangssignal des Referenzfilters vergleicht und ein elektrisches Signal erzeugt, das die Konstanthaltung der Grenzfrequenz des Referenzfilters bewirkt, wobei das elektrische Signal dem Referenzfilter und anderen Filtern zum Zwecke der Konstanthaltung der Grenzfrequenz zugeführt wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, in der auf die beispielhaften Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Filters mit automatischer Einstellung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 3 (a) bis 3 (e) die jeweiligen Wellenformen an den entsprechend bezeichneten Punkten der in Fig. 2 gezeigten Schaltung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszahlen oder -zeichen für gleiche oder ähnliche Teile in allen Figuren verwendet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein typischer herkömmlicher Filter mit automatischer Einstellung erläutert.
Der in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Filter mit automatischer Einstellung weist einen Referenz-TPF 2 auf, dessen Eingangsanschluß 1 ein Sinussignal als Referenzsignal eingespeist wird, ferner einen Phasendifferenzkoinparator 13, dem an einem Eingangsanschluß das Eingangssinussignal und an dem anderen Eingangsanschluß ein Ausgangssignal des Referenz-TPF 2 zugeführt wird, ferner einen Integrator 6, der ein Ausgangssignal des Phasenkomparators 13 einpfängt und es in eine Gleichspan nung umwandelt, und einen Gleichspannungsverstärker 14, der die Gleichspannung aus dem Integrator 6 empfängt und verstärkt. Die verstärkte Gleichspannung aus dem Gleichspannungsverstärker 14 wird in einen Grenzfrequenzsteueranschluß 3 des Referenz-TPF 3 eingespeist. Soinit bildet eine Reihenschaltung aus dem Phasendifferenzkomparator 13, dem Integrator 6 und dem Gleichspannungsverstärker 14 eine Rückkopplungsschaltung für den Referenz-TPF 2, so daß die Eingangssignalphase und die Ausgangssignalphase zu einem Sollwert werden und auf diesem Wege die Grenzfrequenz des Referenz-TPF 2 konstant wird.
Das Ausgangssignal des Gleichspannungsverstärkers 14 wird gleichfalls einem Steueranschluß 13 eines Tiefpaßfilters 10 zugeführt, der tatsächlich verwendet wird (nachfolgend mit "Nutz-TPF" bezeichnet), und der einen Signaleingangsanschluß 9 und einen Signalausgangsanschluß 12 aufweist. Wenn der Referenz-TPF 2 und der der Nutz-TPF 10 dieselbe Schaltungsanordnung aufweisen und innerhalb desselben monolithischen integrierten Schaltkreises gebildet sind, kann, da die relative Genauigkeit dann höher sein kann, die Grenzfrequenz des Nutz-TPF konstant gehalten werden, unabhängig von jeglicher im Verlauf der Herstellung der integrierten Schaltungen eingeführter Änderungen der Kapazitanz oder des Widerstands.
Da in dem oben beschriebenen herkömmlichen Filter mit automatischer Einstellung die Phasen der Eingangs- und Ausgangssig nale des Referenzfilters verglichen werden, muß das dem Referenzfilter zugeführte Signal ein Sinussignal sein, das ausschließlich für den Zweck der automatischen Grenzfrequenzeinstellung von einem Sinuswellengenerator erzeugt wird. Dies bedeutet zahlreiche Einschränkungen für die Gestaltung der Schaltungen der Systeme und der in den integrierten Schaltungen verwendeten Substrate.
Es wird nun anhand der Fig. 2 und 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Filters mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung. Der erfindungsgemäße Filter mit automatischer Einstellung weist einen Referenz-TPF 2 auf, dessen Eingangsanschluß 1 mit einem Rechtecksignal als Referenzsignal statt mit einem Sinussignal wie in der Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltung gespeist wird; ferner einen Subtrahierer 4, der an einem Eingangsanschluß (+) das Eingangsrechtecksignal und an dem anderen Eingangsanschluß (-) ein Ausgangssignal des Referenz-TPF 2 aufnimmt; einen Doppelweggleichrichter 5 und einen Integrator 6, die ein Ausgangssignal des Subtrahieres 4 erhalten und in eine Gleichspannung VF umwandeln, und einen Fehlerverstärker 7, der an einem Eingangsanschluß die Gleichspannung VF des Integrators 6 und an dein anderen Eingangsanschluß eine Referenzspannung VREF aus einer Referenzspannungsquelle 8 erhält. Ein Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 7 wird einem Grenzfrequenzanschluß 3 des Referenz-TPF 2 zugeführt. Somit bildet erfindungsgemäß eine Reihenschaltung des Substrahierers 4, des Doppelweggleichrichters 5, des Integrators 6 und des Fehlerverstärkers 7 eine Rückkopplungsschaltung für den Referenz-TPF 2, so dar die Ausgangsgleichspannung VF des Gleichstromverstärkers den Wert der Referenzspannung VREF erhält. Das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 7 wird gleichfalls einem Grenzfrequenzsteueranschluß 11 des Nutz-TPF 10 zugeführt, der einen Signaleingangsanschluß 9 und einen Signalausgangsanschluß 12 aufweist. Die Grenzfrequenz des Referenz-TPF 2 und des Nutz-TPF 10 kann daher gesteuert werden durch Verändern der Referenzspannung VREF, die von der Referenzspannungsquelle 8 dem Fehlerverstärker 7 zugeführt wird.
Die Fig. 3 (a) bis 3 (e) zeigen jeweilige Wellenformen, die an den entsprechenden Punkten a bis e, also zwischen dein Eingangsanschluß 1 des Referenz-TPF 2 und dem Ausgangsanschluß des Integrators 6, auftreten. Fig. 3 (a) zeigt die Wellenform am Punkt a, nämlich das dein Referenz-TPF 2 zugeführte Rechtecksignal; Fig. 3 (b) zeigt die Wellenforin am Punkt b, nämlich das Ausgangssignal des TPF 2, Fig. 3 (c) zeigt die Wellenform am Punkt c, nämlich das Ausgangssignal des Subtrahierers 4; Fig. 3 (d) zeigt die Wellenform am Punkt d, nämlich das Ausgangssignal des Doppelweggleichrichters 5; und Fig. 3 (e) zeigt die Wellenform am Punkt e, nämlich das Ausgangssignal des Integrators 6. Aus den Fig. 3 (a) bis 3 (e) geht klar hervor, daß die Differenzen zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Referenz-TPF 2 in die Gleichspannung VF umgewandelt werden.
Es ist selbstverständlich, daß die Erfindung auch bei einem Hochpaßfilter verwendbar ist, obwohl sie hier unter Bezugnahme auf einen Tiefpaßfilter erläutert worden ist.
Da der Vergleich zwischen dein Eingangssignal und dem Ausgangssignal des Referenzfilters durch den Subtrahierer bewirkt wird, wie oben erläutert, kann das dem Referenzfilter zuzuführende Signal ein Rechtecksignal statt des beim herkömmlichen
Filters mit automatischer Einstellung verwendeten Sinussignals sein. in einer gewöhnlichen elektrischen Schaltung, insbesondere in einer Videosignalverarbeitungsschaltung, sind stabile Periodische Pulse verfügbar, es ist daher vergleichsweise einfach, diese Pulse durch geeignete Frequenzteilung oder -vervielfachung in ein Rechtecksignal geeigneter Frequenz umzuwandeln. Der erfindungsgemäße Filter mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung weist daher im Vergleich zu herkömmlichen Filtern erheblich geringere Beschränkungen bei der Gestaltung der elektrischen Schaltungen auf.
Vorstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden. Es sollte aber klar sein, daß die dabei verwendeten Worte lediglich deskriptiven und nicht den Schutzbereich begrenzenden Charakter haben und dar Veränderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung im weiteren Sinne zu verlassen.

Claims

1. Filter mit autoinatischer Grenzfrequenzeinstellung, dadurch gekennzeichnet, dar er aufweist:

eine Mehrzahl von Filtern (2, 10) deren Grenzfrequenz elektrisch steuerbar ist, wobei einer dieser Filter ein Referenzfilter (2) ist, dem ein Rechtecksignal einer bestimmten Frequenz als Referenzeingangssignal zugeführt wird;

eine Rückkopplungsschaltung (4, 5, 6, 7), die das Eingangssignal und ein Ausgangssignal des Referenzfilters vergleicht und ein elektrisches Signal erzeugt, das die Konstanthaltung der Grenzfrequenz des Referenzfilters bewirkt, wobei dieses elektrische Signal dem Referenzfilter (2) und anderen Filtern (10) für die Konstanthaltung dieser Grenzfrequenz zugeführt wird.

2. Filter mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung nach Anspruch 1, bei dem die Rückkopplungsschaltung aufweist:

eine Subtrahiereinrichtung (4), die an einem Eingangsanschlug (+) das Eingangssignal und an dem anderen Eingangsanschluß (-) ein Ausgangssignal des Referenzfilters (2) aufnimmt;

eine Gleichrichteinrichtung (5) und eine Integriereinrichtung (6), die ein Ausgangssignal der Subtrahierrichtung (4) aufnehmen und in eine Gleichspannung (VF) umwandeln;

eine Fehlerverstärkungseinrichtung (7), die an einem Eingangsanschluß das Gleichspannungsausgangssignal (VF) der Integriereinrichtung (6) und an dem anderen Eingangsanschluß eine Referenzgleichspannung (VREF) aufnimmt.

3. Filter mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung nach Anspruch 2, bei dem die Gleichrichteinrichtung (5) eine Doppelweggleichrichteinrichtung ist.

4. Filter mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jeder der Mehrzahl von Filtern (2, 10) einen Grenzfrequenzsteueranschluß (3, 11) aufweist, wobei das elektrische Signal zum Bewirken der Konstanthaltung der Grenzfrequenz des Referenzfilters gemeinsam jedem dieser Grenzfrequenzsteueranschlüsse dieser Mehrzahl von Filtern zugeführt wird.

5. Filter mit automatischer Grenzfrequenzeinstellung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem diese Mehrzahl von Filtern (2, 10) jeweils Tiefpaßfilter mit der gleichen Schaltungsanordnung sind.