RU2296418C1 - Broadband multichannel piezoelectric filtering device - Google Patents

Broadband multichannel piezoelectric filtering device Download PDF

Info

Publication number
RU2296418C1
RU2296418C1 RU2005123943/09A RU2005123943A RU2296418C1 RU 2296418 C1 RU2296418 C1 RU 2296418C1 RU 2005123943/09 A RU2005123943/09 A RU 2005123943/09A RU 2005123943 A RU2005123943 A RU 2005123943A RU 2296418 C1 RU2296418 C1 RU 2296418C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
resistors
operational amplifier
inverting
output
Prior art date
Application number
RU2005123943/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Михайлович Ясинский (RU)
Игорь Михайлович Ясинский
гинцев Игорь Владимирович Зв (RU)
Игорь Владимирович Звягинцев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Омский научно-исследовательский институт приборостроения
Priority to RU2005123943/09A priority Critical patent/RU2296418C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2296418C1 publication Critical patent/RU2296418C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio electronics; signal processing radio receivers and instrumentation engineering.
SUBSTANCE: proposed filtering device of "1 input-N + 1 outputs" multichannel design has algebraic adder built around operational amplifier 1 provided with resistive negative feedback 2 and resistors 3. 4 connected to its inverting and noninverting inputs, resistor 5 connected between input of operational amplifier 1 and common line, piezoelectric resonators 6, 7 whose first leads are connected to input potential terminal of device and second ones, to inverting inputs of operational amplifiers 10, 11 through resistors 8, 9 with resistive negative feedbacks 12, 13 applied to each of them; outputs of operational amplifiers 10, 11 are connected to second leads of resistors 3, 4, respectively. Newly introduced is oscillatory circuit 14 set up of series-connected LC elements 15, 16 which is connected to output of operational amplifier 1, second lead of LC circuit being connected to output potential terminal of device and through resistor 17, to common bus.
EFFECT: extended passband of proposed multichannel filtering device.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в радиоприемных устройствах при обработке сигналов, а также в измерительной технике в качестве многоканального фильтра.The proposed device relates to electronics and can be used in radio receivers when processing signals, as well as in measuring equipment as a multi-channel filter.

Известен ряд фильтрующих устройств, в частности одно из них представлено на фиг.1 [1]. Устройство содержит алгебраический сумматор, выполненный на дифференциальном операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, выход которого является выходом устройства, при этом к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый резистор, второй вывод которого является первым входом сумматора, к неинвертирующему входу операционного усилителя подключены второй и третий резисторы, второй вывод второго резистора является вторым входом сумматора, второй вывод третьего резистора соединен с общей шиной, кроме того устройство содержит второй и третий инвертирующие операционные усилители с резистивными отрицательными обратными связями, выходы которых подключены к первому и второму входам упомянутого сумматора соответственно, между входом устройства и входом второго операционного усилителя, а также между входом устройства и входом третьего операционного усилителя включаются один или более двухполюсников, состоящих из последовательно включенных пьезорезонатора и резистора.A number of filtering devices are known, in particular, one of them is shown in FIG. 1 [1]. The device contains an algebraic adder made on a differential operational amplifier with resistive negative feedback, the output of which is the output of the device, while the first resistor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the second output of which is the first input of the adder, the second and third are connected to the non-inverting input of the operational amplifier resistors, the second terminal of the second resistor is the second input of the adder, the second terminal of the third resistor is connected to a common bus In addition, the device contains a second and third inverting operational amplifiers with resistive negative feedbacks, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the said adder, respectively, between the input of the device and the input of the second operational amplifier, as well as between the input of the device and the input of the third operational amplifier or more two-terminal devices consisting of a piezoresonator and a resistor connected in series.

Данное устройство позволяет реализовать многоканальный фильтр с достаточно высокими требованиями по затуханию в полосе задерживания и динамическому диапазону. Оно является наиболее близким к предлагаемому устройству и выбрано в качестве прототипа. Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет реализовать только узкополосные фильтры и не обеспечивает разделения каналов по выходу (имеет только одну общую потенциальную выходную клемму).This device allows you to implement a multi-channel filter with fairly high requirements for attenuation in the delay band and dynamic range. It is the closest to the proposed device and is selected as a prototype. The disadvantage of this device is that it allows you to implement only narrow-band filters and does not provide separation of channels by output (it has only one common potential output terminal).

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, в частности по построению широкополосных пьезоэлектрических фильтров в многоканальном исполнении, имеющих структуру «один вход - N+1 выход».The objective of the invention is the expansion of the functionality of the device, in particular for the construction of broadband piezoelectric filters in multi-channel design, having the structure of "one input - N + 1 output.

Поставленная задача решается тем, что в широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство, содержащее алгебраический сумматор, выполненный на первом операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам первым и вторым резисторами, третий резистор включен между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов через четвертый и пятый резисторы соединены с входами второго и третьего инвертирующих операционных усилителей, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью, при этом выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, вводится последовательный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, подключенный к выходу первого операционного усилителя, второй вывод последовательного контура соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через шестой резистор с общей шиной.The problem is solved in that in a broadband multichannel piezoelectric filter device containing an algebraic adder, made on the first operational amplifier with resistive negative feedback, with the first and second resistors connected to its inverting and non-inverting inputs, a third resistor is connected between the non-inverting input of the first operational amplifier and a common bus, the first and second piezoresonators, the first conclusions of which are connected to the input potential terminal of the device and the second outputs of the piezoresonators are connected through the fourth and fifth resistors to the inputs of the second and third inverting operational amplifiers, each of which is covered by resistive negative feedback, while the outputs of the second and third operational amplifiers are connected to the second outputs of the first and second resistors, respectively, an oscillatory circuit consisting of an inductor and a capacitor connected to the output of the first operational amplifier, the second output in series This circuit is connected to the potential output terminal of the device and through the sixth resistor with a common bus.

Кроме того в устройство, согласно предмета изобретения, дополнительно вводится N каналов, где N=1, 2, 3..., по структуре идентичных основному устройству, при этом первые выводы первого и второго резонаторов у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров в каждом канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.In addition, according to the subject of the invention, N channels are additionally introduced into the device, where N = 1, 2, 3 ..., in structure identical to the main device, while the first conclusions of the first and second resonators of the additionally introduced channels are connected to the input potential terminal of the device and the second conclusions of the serial circuits in each channel are connected to the additionally introduced output potential terminals of the device.

Сущность изобретения состоит в построении широкополосного фильтрующего устройства, допускающего объединение по входу N+1 - независимых каналов и имеющего N+1 отдельных выходов.The essence of the invention consists in the construction of a broadband filtering device, allowing the combination at the input of N + 1 - independent channels and having N + 1 separate outputs.

На фиг.2 приведена электрическая схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из алгебраического сумматора, выполненного на операционном усилителе 1 с резистивной отрицательной обратной связью 2, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам резисторами 3 и 4, резистор 5 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и общей шиной, пьезорезонаторы 6 и 7, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов 6 и 7 через резисторы 8 и 9 соединены с входами инвертирующих операционных усилителей 10 и 11, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью 12, 13 соответственно, при этом выходы операционных усилителей 10, 11 подключены к вторым выводам резисторов 3 и 4 соответственно, к выходу операционного усилителя 1 подключен последовательный колебательный контур 14, состоящий из катушки индуктивности 15 и конденсатора 16, второй вывод последовательного контура 14 соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через резистор 17 с общей шиной.Figure 2 shows the electrical circuit of the proposed device. The device consists of an algebraic adder made on an operational amplifier 1 with resistive negative feedback 2, with resistors 3 and 4 connected to its inverting and non-inverting inputs, a resistor 5 is connected between the non-inverting input of the operational amplifier 1 and a common bus, piezoresonators 6 and 7, the first the terminals of which are connected to the input potential terminal of the device, and the second terminals of the piezoresonators 6 and 7 are connected through resistors 8 and 9 to the inputs of the inverting operational amplifiers 10 and 11, each of which of the outputs is covered by resistive negative feedback 12, 13, respectively, while the outputs of the operational amplifiers 10, 11 are connected to the second terminals of the resistors 3 and 4, respectively, to the output of the operational amplifier 1 is connected a series oscillatory circuit 14, consisting of an inductor 15 and a capacitor 16, the second the output of the serial circuit 14 is connected to the output potential terminal of the device and through a resistor 17 with a common bus.

Кроме того устройство выполнено многоканальным, содержащим дополнительно N каналов, по структуре идентичных основному устройству, при этом первые выводы резонаторов 6 и 7 у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров 14 в каждом дополнительном канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.In addition, the device is made multi-channel, containing additional N channels, in structure identical to the main device, while the first conclusions of the resonators 6 and 7 of the additionally introduced channels are connected to the input potential terminal of the device, and the second conclusions of the serial circuits 14 in each additional channel are connected to the additionally introduced potential output terminals of the device.

Устройство работает следующим образом. Часть схемы устройства от входа ( первые выводы пьезорезонаторов 6 и 7) до выхода алгебраического сумматора (выход операционного усилителя 1) представляет собой полосовой фильтр, передаточная функция которого может быть представлена в виде:The device operates as follows. Part of the device circuit from the input (the first conclusions of the piezoresonators 6 and 7) to the output of the algebraic adder (output of the operational amplifier 1) is a band-pass filter, the transfer function of which can be represented as:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Y1 и Y2 - проводимости пьезорезонаторов 6 и 7;where Y 1 and Y 2 - the conductivity of the piezoresonators 6 and 7;

gH - проводимость нагрузки, определяемая резисторами 8 и 9 (будем считать, что резисторы 8 и 9 равны по величине).g H is the load conductivity determined by resistors 8 and 9 (we assume that resistors 8 and 9 are equal in magnitude).

При соответствующем выборе параметров пьезорезонаторов, эта схема реализует полосовой фильтр, ширина полосы пропускания которого не превышает двойного частотного промежутка пьезорезонатора ΔF=fp-fq (здесь fp - частота параллельного резонанса, fq - частота последовательного резонанса пьезорезонатора) [2].With the appropriate choice of the parameters of the piezoresonators, this circuit implements a band-pass filter whose bandwidth does not exceed the double frequency gap of the piezoresonator ΔF = f p -f q (here f p is the frequency of the parallel resonance, f q is the frequency of the serial resonance of the piezoelectric resonator) [2].

Подключение к выходу данной схемы цепочки, образованной последовательным колебательным контуром 14 и резистором 17, приводит к результирующей передаточной функции вида:Connection to the output of this circuit circuit formed by a sequential oscillatory circuit 14 and a resistor 17, leads to the resulting transfer function of the form:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где L, С - индуктивность и емкость последовательного контура 14,where L, C is the inductance and capacitance of the series circuit 14,

R - сопротивление резистора 17.R is the resistance of the resistor 17.

Решение уравнения р2LC+pRC+1=0, показывает, что результирующая передаточная функция имеет дополнительный комплексный полюсThe solution of the equation p 2 LC + pRC + 1 = 0, shows that the resulting transfer function has an additional complex pole

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

где

Figure 00000005
- резонансная частота контура 14.Where
Figure 00000005
is the resonant frequency of the circuit 14.

Можно показать, что на ширину полосы пропускания фильтра влияют действительные части полюсов передаточной функции. Чем более широкополосный фильтр требуется получить, тем большее абсолютное значение должна иметь действительная часть комплексного полюса передаточной функции. В данном случае действительная часть полюса определяется отношением R к L и может варьироваться в достаточно широких пределах.It can be shown that the real parts of the poles of the transfer function affect the filter bandwidth. The wider the bandpass filter you want to get, the greater the absolute value should be the real part of the complex pole of the transfer function. In this case, the real part of the pole is determined by the ratio of R to L and can vary within wide enough limits.

В работе [3] показано, что решение уравнения Y1+gH=0 приводит к выражению вида:In [3] it was shown that solving the equation Y 1 + g H = 0 leads to an expression of the form:

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где Lq - динамическая индуктивность пьезорезонатора;where L q is the dynamic inductance of the piezoresonator;

w1 - частота последовательного резонанса пьезорезонатора;w 1 is the frequency of the series resonance of the piezoresonator;

С0 - статическая емкость пьезорезонатора;With 0 is the static capacity of the piezoresonator;

w0 - средняя частота фильтра;w 0 is the average frequency of the filter;

р - комплексная частота.p is the complex frequency.

Это соотношение позволяет оценить возможность реализации полюса передаточной функции при использовании пьезорезонатора с имеющимися реальными параметрами (Lq, Cq, С0, ΔF).This ratio makes it possible to evaluate the feasibility of implementing the pole of the transfer function when using a piezoelectric resonator with available real parameters (L q , C q , C 0 , ΔF).

Как правило (см., например, в [4]), передаточные функции полосовых цепей третьего порядка (относительно р2) содержат две пары комплексно-сопряженных полюсов с действительными частями σ1 и σ2 и одну пару полюсов с действительной частью σ0, причем σ1≈σ20. Поэтому возможно первые две пары полюсов реализовать на пьезорезонаторах 6 и 7, входящих в первое звено фильтра, а вторую пару полюсов можно реализовать вторым звеном, состоящим из последовательного LC контура 14 и резистора 17, что позволяет получить в 3-4 раза более широкую полосу пропускания по сравнению с фильтром-прототипом.As a rule (see, for example, [4]), the transfer functions of third-order strip chains (with respect to p 2 ) contain two pairs of complex conjugate poles with real parts σ 1 and σ 2 and one pair of poles with the real part σ 0 , and σ 1 ≈σ 20 . Therefore, it is possible to implement the first two pairs of poles on piezoresonators 6 and 7 included in the first filter link, and the second pair of poles can be implemented by the second link, consisting of a series LC circuit 14 and resistor 17, which allows to obtain 3-4 times wider passband compared to the prototype filter.

Таким образом, в предлагаемом устройстве введение дополнительного каскадно-развязанного LC звена дает возможность получить более широкие полосы пропускания сравнительно простым способом. Подключение дополнительных идентичных по структуре фильтров, которые допускают параллельное соединение по входу, поскольку их нагрузочное сопротивление (определяемое проводимостью gH) практически всегда значительно превышает внутреннее сопротивление источника сигнала, и следовательно, предлагаемое устройство реализует многоканальное фильтрующее устройство в соответствии с поставленной задачей - расширением функциональных возможностей.Thus, in the proposed device, the introduction of an additional cascade-decoupled LC link makes it possible to obtain wider bandwidths in a relatively simple way. Connecting additional filters identical in structure, which allow parallel connection at the input, since their load resistance (determined by the conductivity g H ) almost always significantly exceeds the internal resistance of the signal source, and therefore, the proposed device implements a multi-channel filtering device in accordance with the task - the expansion of functional of opportunities.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2171009, кл. 7 Н 03 Н 9/54, 7/01. Активный пьзоэлектрический фильтр, опубл. 20.07.2001 г., БИ №20.1. RF patent No. 2171009, cl. 7 H 03 H 9/54, 7/01. Active piezoelectric filter, publ. 07/20/2001, BI No. 20.

2. Великин Я.И., Гельмонт З.Я., Зелях, Э.В. "Пьезоэлектрические фильтры" - М., Связь, 1966.2. Velikin Y.I., Helmont Z.Ya., Zelyakh, E.V. "Piezoelectric filters" - M., Communication, 1966.

3. Болотюк А.А. Активные кварцевые фильтры на операционных усилителях, - Радиоприборостроение и микроэлектроника. Вып.4, 1975.3. Bolotyuk A.A. Active quartz filters on operational amplifiers, - Radio instrument making and microelectronics. Issue 4, 1975.

4. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров, - М.: Радио и связь, 1983.4. Zaal R. Handbook for the calculation of filters, - M .: Radio and communication, 1983.

Claims (2)

1. Широкополосное многоканальное пьезоэлектрическое фильтрующее устройство, содержащее алгебраический сумматор, выполненный на первом операционном усилителе с резистивной отрицательной обратной связью, с подключенными к его инвертирующему и неинвертирующему входам первым и вторым резисторами, третий резистор включен между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, первый и второй пьезорезонаторы, первые выводы которых подключены к входной потенциальной клемме устройства, а вторые выводы пьезорезонаторов через четвертый и пятый резисторы соединены с входами второго и третьего инвертирующих операционных усилителей, каждый из которых охвачен резистивной отрицательной обратной связью, при этом выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к вторым выводам первого и второго резисторов соответственно, отличающееся тем, что к выходу первого операционного усилителя подключен последовательный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, второй вывод последовательного контура соединен с выходной потенциальной клеммой устройства и через шестой резистор с общей шиной.1. A broadband multichannel piezoelectric filter device containing an algebraic adder made on the first operational amplifier with resistive negative feedback, with first and second resistors connected to its inverting and non-inverting inputs, the third resistor is connected between the non-inverting input of the first operational amplifier and the common bus, the first and a second piezoresonator, the first conclusions of which are connected to the input potential terminal of the device, and the second conclusions of the piezoresonator in through the fourth and fifth resistors are connected to the inputs of the second and third inverting operational amplifiers, each of which is covered by resistive negative feedback, while the outputs of the second and third operational amplifiers are connected to the second terminals of the first and second resistors, respectively, characterized in that the output of the first operational amplifier connected to a serial oscillatory circuit, consisting of an inductor and a capacitor, the second output of the serial circuit is connected to the output the potential terminal of the device and through the sixth resistor with a common bus. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в схему вводится дополнительно N каналов, где N=1, 2, 3..., по структуре идентичных устройству по п.1, при этом первые выводы первого и второго резонаторов у дополнительно введенных каналов соединены с входной потенциальной клеммой устройства, а вторые выводы последовательных контуров в каждом канале соединены с дополнительно введенными выходными потенциальными клеммами устройства.2. The device according to claim 1, characterized in that an additional N channels are introduced into the circuit, where N = 1, 2, 3 ..., in structure identical to the device according to claim 1, wherein the first conclusions of the first and second resonators are additionally the input channels are connected to the input potential terminal of the device, and the second outputs of the serial circuits in each channel are connected to the additional input potential terminals of the device.
RU2005123943/09A 2005-07-27 2005-07-27 Broadband multichannel piezoelectric filtering device RU2296418C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005123943/09A RU2296418C1 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Broadband multichannel piezoelectric filtering device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005123943/09A RU2296418C1 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Broadband multichannel piezoelectric filtering device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2296418C1 true RU2296418C1 (en) 2007-03-27

Family

ID=37999296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005123943/09A RU2296418C1 (en) 2005-07-27 2005-07-27 Broadband multichannel piezoelectric filtering device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2296418C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103501417A (en) * 2013-09-18 2014-01-08 西安电子工程研究所 Multichannel radar video receiving machine based on operational amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103501417A (en) * 2013-09-18 2014-01-08 西安电子工程研究所 Multichannel radar video receiving machine based on operational amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109672422B (en) filter circuit and multiplexer
Jerabek et al. Reconnection-less electronically reconfigurable filter with adjustable gain using voltage differencing current conveyor
RU2296418C1 (en) Broadband multichannel piezoelectric filtering device
Singh et al. New universal biquads employing CFOAs
US8659363B2 (en) OTA-based current-mode filter and oscillator
RU133668U1 (en) BAND ACTIVE FILTER
Kumngern et al. Current-tunable current-mode multifunction filter employing a modified CCCCTA
CN112769412B (en) Double-operational-amplifier elliptic function and inverse Chebyshev active low-pass filter circuit
RU2429560C1 (en) Band-pass piezoelectric filter
RU156095U1 (en) BAND ROTARY FILTER
JPH0322727B2 (en)
RU2396704C1 (en) Multi-channel filtration unit
RU2397609C1 (en) Multi-channel active piezoelectric filter
RU2517323C1 (en) Tunable band-pass arc-filter
Maheshwari et al. Versatile Voltage-Mode Universal Filter Using Differential Difference Current Conveyor.
RU2610835C2 (en) Input device of single-channel multiband radio receiver
RU2266612C2 (en) Digitally tunable active piezoelectric filter
RU2168852C2 (en) Active band-pass piezoelectric filter
Srivastava VDTA based fractional order universal filter
RU2560785C2 (en) Dual-split piezoelectric filter
RU2058058C1 (en) Broad-band active piezoelectric filter
RU2168850C1 (en) Active band-pass piezoelectric filter
RU2239279C1 (en) Piezoelectric band filter handling complex loads
RU2190925C1 (en) Dual-split active piezoelectric filter
RU2501156C2 (en) Highly selective second-order lc bandpass filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110728