KR100400920B1 - 노치필터를 이용한 필터특성 개선회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발신자 번호(caller ID)필터 뿐만 아니라 다른 유사한 필터의 설계도 가능하게 하고 대역 주파수의 로우패스필터의 설계에 이용하도록 한 노치필터를 이용한 필터특성 개선회로에 관한 것으로, 상기 본발명은 입력되는 신호주파수에 대해 구형파를 생성하는 소스부와, 상기소스부로부터 출력된 구형파신호를 필터링하여 제3 고조파의 이득을 증가시키는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터의 출력단에 연결되고 이 로우패스필터의 출력단으로부터 출력된 신호를 필터링하여 이 신호가운데 포함된 제3 고조파를 제거하는 노치필터부와, 상기 노치필터부의 출력단에 연결되고 이 노치필터부의 출력단으로부터 출력된 신호의 파형을 정형하여 출력하는 파형출력부로 이루어져, 게인이 일정한 상태할때 원하는 범위에서 플레트한 게인을 얻을 수 있으므로 위상이나 그룹 딜레이의 영향을 받지 않으며, 기존의 5차 쉐비쉐브 필터보다 설계가 매우 용이하고, 기존의 5차 쉐비쉐브 필터보다 30dBc의 마진(margin)이 발생되므로 3차 주파수 근방의 주파수 감쇄폭이 기존 필터보다 매우 양호하다.

Description

노치필터를 이용한 필터특성 개선회로{improvement circuit for filter property using notch filter}

본 발명은 노치필터(Notch Filter)를 이용한 필터특성 개선회로에 관한 것으로, 특히 발신자 번호(caller ID)필터 뿐만 아니라 다른 유사한 필터의 설계도 가능하게 하고 대역 주파수의 로우패스필터의 설계에 이용하도록 한 노치필터를 이용한 필터특성 개선회로에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 로우패스필터의 회로 블록도로써, 이에 도시된 바와 같이 구형파를 발생하는 소스부(10)와, 상기 소스부(10)의 구형파를 저역 필터링하는 로우패스필터부(20)와, 상기 로우패스필터부(20)에서 1차 저역된 파형을 2차 저역 파형으로 필터링하는 로우패스필터부(30)와, 상기 로우패스필터부(30)의 필터링된 파형을 출력하는 파형출력부(40)로 구성된 것으로, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

3차 엑티브 로우패스필터(LFP)는 입력을 구형파(rectangular wave)로 주면 그 구형파는 정현파(sinusoidal wave)로 이루어져 있으므로 상기 로우패스필터는 원하지 않는 고주파 성분에서는 로스(loss)가 크고 원하는 필터 대역에서는 로스가 적고 게인(gain,이득)이 상대적으로 크므로 원하는 주파수의 정현파 성분만 남게 된다.

따라서, 구형파의 고주파 성분을 제거하고 정현파 성분만 남게 되고, 상기 로우패스필터(LPF)의 종류로는 버터워스필터(Butter Worth Filter),베셀필터(Bessel Filter), 쉐비쉐브필터(Chevyshev Filter) 등이 있는데, 버터워스필터가 원하는 주파수 대역에서 플랫(flat)한 게인을 가지지만, 감쇄율이 저하되며, 베셀필터 < 쉐비쉐브필터로 갈수록 리플(ripple)이 존재하지만 샤프(sharp)한 감쇄도를 가진다.

또한, 입력된 신호가 첫번째 차동증폭기(Op-Amp)에서 필터 쉐핑(shaping)을 거친 후 두번째 차동증폭기(Op-Amp)에서 더 샤프한 쉐핑을 거친 후 깨끗해진 정현파 신호로 나오게 된다.

도 2 는 종래의 로우패스필터의 응답곡선으로 슬로프(slope)가 샤프(sharp)하지만 리플(ripple)이 매우 크므로 위상이나 그룹 딜레이(delay)가 크다.

또한, 상기 응답곡선은 도 2 의 로우패스필터부(30)에 구성되어 있는 증폭기의 출력단에서 나타나는 결과이다.

이와같이, 쉐비쉐브필터로 설계할때는 컷-오프(cut-off)주파수에서의 리플이 감쇄되고 위상(phase)이 왜곡되는 것과 그룹 딜레이(delay)가 커지게 되어 여러 주파수가 나올때는 에러가 발생할 확률이 커진다.

또한, 모두를 버터워스필터로 설계하게 되면 컷-오프 주파수와 대역 내에서의 플레트한 게인을 얻고 그룹 딜레이가 적으며, 위상차이도 적기 때문에 설계가 안정적이지만 30dBc(원하는 신호 - 원하지 않는 신호)의 스펙(spec)을 만족하기가 어렵다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 원하는 주파수에서 게인이 일정하게 되고 컷오프 주파수를 벗어나서는 게인이 30dB 이상 차이가 나도록 만족해야 하는 주파수를 가지는 필터를 설계하는데 있다.

도 1 은 종래의 로우패스필터의 회로 블록도.

도 2 는 종래의 로우패스필터의 응답곡선 그래프.

도 3 은 본 발명에 적용되는 노치필터를 이용한 필터특성 개선 회로 블록도.

도 4 는 본 발명에 적용되는 응답곡선 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 100 : 소오스부 20 : 제1 로우패스필터부

30 : 제2 로우패스필터부 40, 400 : 파형출력부

200 : 로우패스필터부 300 : 노치필터부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 신호주파수에 대해 구형파를 생성하는 소스부와, 상기소스부로부터 출력된 구형파신호를 필터링하여 제3 고조파의 이득을 증가시키는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터의 출력단에 연결되고 이 로우패스필터의 출력단으로부터 출력된 신호를 필터링하여 이 신호가운데 포함된 제3 고조파를 제거하는 노치필터부와, 상기 노치필터부의 출력단에 연결되고 이 노치필터부의 출력단으로부터 출력된 신호의 파형을 정형하여 출력하는 파형출력부로 이루어진 노치필터를 이용한 필터특성 개선회로를 제공한다.

이러한 구성에 따른 본 발명에서 로우패스필터부는 버터워스필터로 구현한다. 그리고 노치필터부는 주파수 감쇄폭이 30dBc 이상이 되도록 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

도 3 은 본 발명에 적용되는 노치필터를 이용한 필터특성 개선 회로 블록도로써, 입력되는 신호주파수에 대해 구형파를 생성하는 소스부(100)와, 상기 소스부(100)로부터 출력된 구형파신호를 필터링하여 제3 고조파의 이득을 증가시키는 로우패스필터(200)와, 상기 로우패스필터(200)의 출력단에 연결되고 이 로우패스필터의 출력단으로부터 출력된 신호를 필터링하여 이 신호가운데 포함된 제3 고조파를 제거하는 노치필터부(300)와, 상기 노치필터부(300)의 출력단에 연결되고 이 노치필터부의 출력단으로부터 출력된 신호의 파형을 정형하여 출력하는 파형출력부(400)로 구성된 것으로, 도 4 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

필터링하기 전의 입력 구형 주파수 소스(source)가 필터로 입력되면 입력된 파형이 엑티브 로우패스필터를 통과하면서 응답곡선이 fo(중심주파수)주파수에서 3dB 떨어지게 하며, 이후에 6dB/octave 이상의 기울기를 가지고 게인이 떨어지도록 하는 버터워스필터를 지나게 되면 원하는 주파수 이상의 주파수에서는 게인이 점점 감쇄한다.

상기 게인은 고주파로 올라갈수록 줄어들게 되지만 두번째와 세번째 주파수에서는 하모닉(harmonic) 성분때문에 게인이 어느정도 커지게 되지만 하모닉 성분의 특성상 두번째 하모닉보다는 세번째 하모닉에서의 게인이 더 크게 된다.

그러므로, 엑티브 로우패스필터(LPF) 첫번째 단의 3차 쉐비쉐브필터로는 기울기가 급격하지 않으므로 더 큰 기울기를 갖기 위해서는 기존의 방식에서는 2차 쉐비쉐브필터를 하나 더 사용하였지만 본 방식에서는 2차 쉐비쉐브 필터보다는 노치필터(Notch Filter)를 사용하여 설계해서 3차 주파수에서의 게인만을 감쇄시켜 플레트(flat)한 게인을 유지시키면서도 30dB의 스펙을 만족시킨다.

도 3 과 같이 입력신호가 입력되고 차동증폭기(Op-Amp)를 거치는데, 이는 3차 엑티브 로우패스필터이며, 여기서 사용된 필터는 버터워스 필터이다.

그런데, 기존의 것은 2차 또는 3차의 로우 또는 하이패스필터(High Pass Filter:HPF)로 구성되어 있는 것에 비해 본 발명은 노치필터로 구성되어 있다.

또한, 도 3 은 1200Hz가 소스에서 나왔을때 3차 주파수인 3600Hz를 커팅(cutting)하기 위해 샘플로 만든 회로이다.

도 3 은 발신자 번호(caller ID)필터를 설계하면서 착안한 것으로써, 대역 주파수에서 필터링을 하면서 게인을 플레트하게 유지시키며, 필터링 특성을 유지시키고자 하는 모든 회로에 응용할 수 있으며, 특히 발신자 번호에서 사용하는 구형파 펄스를 정현파로 바꾸는 회로에 유용하다.

이와같이, 본 발명은 3차 로우패스필터를 버터워스 필터로 설계하여 게인을 플랫(flat)하게 하면서 그룹 딜레이도 줄이고, 위상도 유지시키면서 3차 하모닉 주파수에서 노치필터를 사용하여 충분한 마진을 확보하며 레벨을 줄여주므로 30dBc의 스펙(spec)도 만족시키면서 딜레이도 줄일 수 있다.

도 4 는 버터워스필터와 노치필터를 이용한 결과로써, 하단의 응답곡선이 최종단의 응답곡선이며, 3600Hz에서는 매우 작은값까지 떨어짐을 응답곡선을 통해 알수 있다.

또한, 상기 응답곡선은 도 3 의 노치필터(300)에 구성되어 있는 두개의 증폭기의 출력단에서 나타나는 결과이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 게인이 일정한 상태할때 원하는 범위에서 플레트한 게인을 얻을 수 있으므로 위상이나 그룹 딜레이의 영향을 받지 않으며, 기존의 5차 쉐비쉐브 필터보다 설계가 매우 용이하고, 기존의 5차 쉐비쉐브 필터보다 30dBc의 마진(margin)이 발생되므로 3차 주파수 근방의 주파수 감쇄폭이 기존 필터보다 매우 양호하다.

Claims (2)

1. 입력되는 신호주파수에 대해 구형파를 생성하는 소스부와, 상기소스부로부터 출력된 구형파신호를 필터링하여 제3 고조파의 이득을 증가시키는 로우패스필터와, 상기 로우패스필터의 출력단에 연결되고 이 로우패스필터의 출력단으로부터 출력된 신호를 필터링하여 이 신호가운데 포함된 제3 고조파를 제거하는 노치필터부와, 상기 노치필터부의 출력단에 연결되고 이 노치필터부의 출력단으로부터 출력된 신호의 파형을 정형하여 출력하는 파형출력부로 이루어진 것을 특징으로 하는 노치필터를 이용한 필터특성 개선회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 로우패스필터부는 OP앰프로 구성된 버터워스필터인 것을 특징으로 하는 노치필터를 이용한 필터특성 개선회로.