RU2721155C1 - Low-pass filter of third order with minimum number of capacitors per order - Google Patents
Low-pass filter of third order with minimum number of capacitors per order Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721155C1 RU2721155C1 RU2019137446A RU2019137446A RU2721155C1 RU 2721155 C1 RU2721155 C1 RU 2721155C1 RU 2019137446 A RU2019137446 A RU 2019137446A RU 2019137446 A RU2019137446 A RU 2019137446A RU 2721155 C1 RU2721155 C1 RU 2721155C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- operational amplifier
- differential operational
- inverting
- resistors
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/04—Frequency selective two-port networks
- H03H11/12—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback
- H03H11/126—Frequency selective two-port networks using amplifiers with feedback using a single operational amplifier
Landscapes
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, а также измерительной техники, и может использоваться, например, в качестве ограничителей спектра, включаемых на входе аналого-цифровых преобразователей различного назначения [1-4]. The invention relates to the field of radio engineering, as well as measuring equipment, and can be used, for example, as spectrum limiters, included at the input of analog-to-digital converters for various purposes [1-4].
Активные RC-фильтры нижних частот (ФНЧ) широко используются в современной электронике [1-20] и оказывают существенное влияние на качественные показатели многих аналого-цифровых систем связи и автоматического управления [1-4].Active RC low-pass filters (LPFs) are widely used in modern electronics [1–20] and have a significant impact on the quality indicators of many analog-digital communication systems and automatic control [1-4].
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является ФНЧ по патенту RU 2695981, 2019 г. Он содержит (фиг. 1) первый 1 и второй 2 дифференциальные входы устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные выходы устройства, дифференциальные операционный усилитель 5 с неивертирующим и инвертирующим выходами, первый 6 конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 и его инвертирующим выходом, второй 7 конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, первый 8 и второй 9 последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым 1 входом устройства и ивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 10 и четвертый 11 последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым 2 входом устройства и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 12 конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого 8 и второго 9 резисторов и общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 резисторы, а также четвертый 17 конденсатор.The closest prototype of the claimed device is the low-pass filter according to patent RU 2695981, 2019. It contains (Fig. 1) the first 1 and second 2 differential inputs of the device, the first 3 and second 4 differential outputs of the device, differential
Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что при третьем порядке передаточной функции он имеет пять частотозадающих конденсаторов. Кроме этого, при его реализации не обеспечивается высокое ослабление паразитных сигналов за пределами полосы частот полезного сигнала. Это отрицательно сказывается на метрологических характеристиках измерительных систем и устройств ввода аналоговой информации в ЭВМ, в которых ФНЧ определяет динамическую погрешность аналого-цифрового интерфейса [2-4].A significant disadvantage of the known device of FIG. 1 consists in the fact that in the third order of the transfer function, it has five frequency-setting capacitors. In addition, its implementation does not provide a high attenuation of spurious signals outside the frequency band of the useful signal. This negatively affects the metrological characteristics of measuring systems and devices for inputting analog information into computers, in which the low-pass filter determines the dynamic error of the analog-to-digital interface [2-4].
Основная задача предполагаемого изобретения состоит в уменьшении (при третьем порядке передаточной функции) числа конденсаторов в схеме ФНЧ и увеличении гарантированного затухания амплитудно-частотной характеристики.The main objective of the proposed invention is to reduce (with a third order transfer function) the number of capacitors in the low-pass filter and increase the guaranteed attenuation of the amplitude-frequency characteristic.
Поставленная задача достигается тем, что в фильтре нижних частот, содержащем первый 1 и второй 2 дифференциальные входы устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные выходы устройства, дифференциальные операционный усилитель 5 с неивертирующим и инвертирующим выходами, первый 6 конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 и его инвертирующим выходом, второй 7 конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, первый 8 и второй 9 последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым 1 входом устройства и ивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 10 и четвертый 11 последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым 2 входом устройства и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 12 конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого 8 и второго 9 резисторов и общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 резисторы, а также четвертый 17 конденсатор, предусмотрены новые элементы и связи – между общим узлом первого 8 и второго 9 последовательно соединенных резисторов и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен пятый 13 резистор, между общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен шестой 14 резистор, между первым 3 выходом выходом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен седьмой 15 резистор, между вторым 4 выходом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен восьмой 16 резистор, причем между первым 3 и вторым 4 выходами устройства включен четвертый 17 конденсатор.The problem is achieved in that in the low-pass filter containing the first 1 and second 2 differential inputs of the device, the first 3 and second 4 differential outputs of the device, differential
На чертеже фиг. 1 приведена схема ФНЧ-прототипа, а на чертеже фиг. 2 - схема заявляемого ФНЧ в соответствии с формулой изобретения.In the drawing of FIG. 1 shows a diagram of the low-pass filter prototype, and in the drawing of FIG. 2 is a diagram of the inventive low-pass filter in accordance with the claims.
На чертеже фиг. 3 представлены результаты моделирования амплитудно-частотных характеристик заявляемого ФНЧ (кривая 1 – для ФНЧ с реальными операционными усилителями, кривая 2 – теоретическая характеристика ФНЧ).In the drawing of FIG. 3 presents the results of modeling the amplitude-frequency characteristics of the proposed low-pass filter (curve 1 - for the low-pass filter with real operational amplifiers, curve 2 - theoretical characteristic of the low-pass filter).
Фильтр нижних частот третьего порядка с минимальным количеством конденсаторов на порядок фиг. 2 содержит первый 1 и второй 2 дифференциальные входы устройства, первый 3 и второй 4 дифференциальные выходы устройства, дифференциальные операционный усилитель 5 с неивертирующим и инвертирующим выходами, первый 6 конденсатор, включенный между неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 и его инвертирующим выходом, второй 7 конденсатор, включенный между инвертирующим входом и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, первый 8 и второй 9 последовательно соединенные резисторы, которые включены между первым 1 входом устройства и ивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 10 и четвертый 11 последовательно соединенные резисторы, которые включены между вторым 2 входом устройства и неивертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5, третий 12 конденсатор, который включен между общим узлом последовательно соединенных первого 8 и второго 9 резисторов и общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов, пятый 13, шестой 14, седьмой 15 и восьмой 16 резисторы, а также четвертый 17 конденсатор. Между общим узлом первого 8 и второго 9 последовательно соединенных резисторов и неинвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен пятый 13 резистор, между общим узлом третьего 10 и четвертого 11 последовательно соединенных резисторов и инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя 5 включен шестой 14 резистор, между первым 3 выходом выходом устройства и инвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен седьмой 15 резистор, между вторым 4 выходом устройства и неинвертирующим выходом дифференциального операционного усилителя 5 включен восьмой 16 резистор, причем между первым 3 и вторым 4 выходами устройства включен четвертый 17 конденсатор.A third-order low pass filter with a minimum number of capacitors per order of FIG. 2 contains the first 1 and second 2 differential inputs of the device, the first 3 and second 4 differential outputs of the device, differential
Рассмотрим работу ФНЧ фиг. 2.Consider the operation of the low-pass filter of FIG. 2.
Передаточная функция схемы ФНЧ 3-го порядка, в т.ч. фиг. 2, в общем виде описывается выражениемThe transfer function of the third-order low-pass filter, including FIG. 2, in general terms, is described by the expression
(1) (1)
где М – коэффициент передачи фильтра на нулевой частоте, – коэффициенты передаточной функции, зависящие от топологии схемы иwhere M is the transmission coefficient of the filter at zero frequency, Are the coefficients of the transfer function, depending on the topology of the circuit and
параметров её элементов. parameters of its elements.
Введем обозначения:, – сопротивления первого 8, второго 9, третьего 10, четвертого 11, пятого 13, шестого 14, седьмого 15, и восьмого 16 резисторов соответственно, , – емкости первого 6, второго 7, третьего 12 и четвертого 17 конденсаторов соответственно. We introduce the following notation: , - resistance of the first 8, second 9, third 10, fourth 11, fifth 13, sixth 14, seventh 15, and eighth 16 resistors, respectively, , - capacities of the first 6, second 7, third 12 and fourth 17 capacitors, respectively.
При выполнении ряда условий , которые в схеме необходимо обеспечить для симметричной работы каналов фильтра, коэффициенты передаточной функции (1) находятся с помощью выраженийUnder a number of conditions , which in the circuit must be provided for the symmetrical operation of the filter channels, the transfer function coefficients (1) are found using the expressions
Анализ характеристики фиг. 3 показывает, что заявляемый ФНЧ третьего порядка обеспечивает (кривая 1) близкую к идеальной (теоретической) амплитудно-частотную характеристику (кривая 2) при четырех частотозадающих конденсаторах, что на один конденсатор меньше, чем у ФНЧ-прототипа. Уменьшение числа конденсаторов позволяет упростить настройку ФНЧ фиг. 2 за счет уменьшения числа одного из наиболее критичных элементов современных фильтров – конденсатора, который на современном этапе развития электроники характеризуется большим разбросом параметров и их нестабильностью в диапазоне температур.An analysis of the characteristic of FIG. 3 shows that the inventive third-order low-pass filter provides (curve 1) close to ideal (theoretical) amplitude-frequency response (curve 2) with four frequency-setting capacitors, which is one capacitor less than that of the low-pass filter prototype. Reducing the number of capacitors allows you to simplify the configuration of the low-pass filter of FIG. 2 due to a decrease in the number of one of the most critical elements of modern filters - a capacitor, which at the present stage of development of electronics is characterized by a large spread of parameters and their instability in the temperature range.
Таким образом, заявляемое устройство имеет существенные преимущества в сравнении с ФНЧ-прототипом.Thus, the claimed device has significant advantages compared to the low-pass filter prototype.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Выбор параметров аналоговых ограничителей спектра для цифровых систем обработки сигналов с учетом допусков и температурной нестабильности пассивных компонентов / Денисенко Д.Ю., Иванов Ю.И., Прокопенко Н.Н. // Радиотехника. – 2017. - № 1. – С.148-1531. The choice of parameters of analog spectrum limiters for digital signal processing systems, taking into account tolerances and temperature instability of passive components / Denisenko D.Yu., Ivanov Yu.I., Prokopenko NN // Radio engineering. - 2017. - No. 1. - S.148-153
2. Estimation to Efficiency of the Using of Anti-Alias Filter in the A/D Interface of Instrumentation and Control Systems / L.K. Samoylov, N.N. Prokopenko, A.V. Bugakova // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2018), Kazan, Russia, September 14 - 17, 2018, pp. 422-4252. Estimation to Efficiency of the Using of Anti-Alias Filter in the A / D Interface of Instrumentation and Control Systems / L.K. Samoylov, N.N. Prokopenko, A.V. Bugakova // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS’2018), Kazan, Russia, September 14 - 17, 2018, pp. 422-425
3. Selection of the Band-Pass Range of the Normalizing Signal Transducer of the Sensing Element in the Instrumentation and Control Systems / L.K. Samoylov, N.N. Prokopenko, A.V. Bugakova // 2018 14th IEEE International Conference on Solid-State and Intergated Circuit Technology (ICSICT’2018). Proceedings. Oct.31-Nov.3, 2018, Qingdao, China3. Selection of the Band-Pass Range of the Normalizing Signal Transducer of the Sensing Element in the Instrumentation and Control Systems / LK Samoylov, NN Prokopenko, AV Bugakova // 2018 14 th IEEE International Conference on Solid-State and Intergated Circuit Technology ( ICSICT'2018). Proceedings. Oct.31-Nov.3, 2018, Qingdao, China
4. The Function Approximation of the Signal Delay Time in the Anti-Alias Filter of the A/D Interface of the Instrumentation and Control System / L.K. Samoylov, D.Yu.Denisenko, N.N. Prokopenko // 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech-2018), October 22-23, 2018, Saint Petersburg, Russia4. The Function Approximation of the Signal Delay Time in the Anti-Alias Filter of the A / D Interface of the Instrumentation and Control System / L.K. Samoylov, D.Yu.Denisenko, N.N. Prokopenko // 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech-2018), October 22-23, 2018, Saint Petersburg, Russia
5. Справочник по расчету и проектированию ARC-схем / Букашкин С.А., Власов В.П., Змий Б.Ф. и др.; Под. ред. А.А. Ланнэ. – М.: радио и связь, 1984. – 368 с.5. Reference on the calculation and design of ARC-schemes / Bukashkin SA, Vlasov VP, Zmiy B.F. and etc.; Under. ed. A.A. Lanne. - M .: radio and communications, 1984. - 368 p.
6. Патент US 5.371.472, fig.3, 1994 г.6. Patent US 5.371.472, fig. 3, 1994.
7. Патент US 3.787.776, 1974 г.7. Patent US 3.787.776, 1974.
8. Патент US 7414466, 2008 г.8. Patent US 7414466, 2008
9. Патент RU 2370881, 2009 г.9. Patent RU 2370881, 2009
10. Патент RU 2370882, 2009 г.10. Patent RU 2370882, 2009
11. Патент RU 2370880, 2009 г.11. Patent RU 2370880, 2009
12. Патент US 3.736.517, 1973 г.12. US patent 3,736.517, 1973.
13. Патент US 6.407.627, 2002 г.13. Patent US 6.407.627, 2002
14. Патент SU 1187241, 1985 г.14. Patent SU 1187241, 1985
15. Патент US 6.344.773, 2002 г.15. Patent US 6.344.773, 2002
16. Патент US 6.710.644, 2004 г.16. Patent US 6.710.644, 2004
17. Патент SU 1777233, 1990 г.17. Patent SU 1777233, 1990.
18. Патент RU 2019023, 1994 г.18. Patent RU 2019023, 1994
19. Патент RU 2695981, 2019 г.19. Patent RU 2695981, 2019.
20. Патент RU 2695977, 2019 г.20. Patent RU 2695977, 2019.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137446A RU2721155C1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | Low-pass filter of third order with minimum number of capacitors per order |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137446A RU2721155C1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | Low-pass filter of third order with minimum number of capacitors per order |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2721155C1 true RU2721155C1 (en) | 2020-05-18 |
Family
ID=70735111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019137446A RU2721155C1 (en) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | Low-pass filter of third order with minimum number of capacitors per order |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2721155C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4524332A (en) * | 1982-02-10 | 1985-06-18 | Motorola, Inc. | Integrated notch filter |
US6344773B1 (en) * | 2000-10-20 | 2002-02-05 | Linear Technology Corporation | Flexible monolithic continuous-time analog low-pass filter with minimal circuitry |
US6583662B1 (en) * | 1999-06-23 | 2003-06-24 | Globespanvirata, Inc. | Circuit and method for implementing an integrated continuous-time smoothing filter |
US7102434B2 (en) * | 2002-08-30 | 2006-09-05 | Stmicroelectronics Sa | Variable gain low-pass filter |
RU2566960C1 (en) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Selective amplifier with high fade-out in subresonance frequency range |
-
2019
- 2019-11-21 RU RU2019137446A patent/RU2721155C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4524332A (en) * | 1982-02-10 | 1985-06-18 | Motorola, Inc. | Integrated notch filter |
US6583662B1 (en) * | 1999-06-23 | 2003-06-24 | Globespanvirata, Inc. | Circuit and method for implementing an integrated continuous-time smoothing filter |
US6344773B1 (en) * | 2000-10-20 | 2002-02-05 | Linear Technology Corporation | Flexible monolithic continuous-time analog low-pass filter with minimal circuitry |
US7102434B2 (en) * | 2002-08-30 | 2006-09-05 | Stmicroelectronics Sa | Variable gain low-pass filter |
RU2566960C1 (en) * | 2014-10-10 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Selective amplifier with high fade-out in subresonance frequency range |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2737390C1 (en) | Universal band-pass filter, low-pass filter and rejection filter on three multi-differential operational amplifiers | |
RU2677362C1 (en) | Active rc filter | |
RU2697945C1 (en) | Active third-order active low-pass rc-filter based on an operational amplifier with a paraphrase output | |
RU2695977C1 (en) | Active third-order low-pass rc filter on an operational amplifier with a paraphrase output | |
RU2721155C1 (en) | Low-pass filter of third order with minimum number of capacitors per order | |
RU2695981C1 (en) | Active rc-filter of lower frequencies of third order with differential input based on operational amplifier with paraphrase output | |
RU2697612C1 (en) | Active low-pass third-order rc filter | |
RU2748609C1 (en) | Fourth-order low-frequency filter | |
RU2736239C1 (en) | Universal band-pass and rejection filter with controlled bandwidth | |
RU2718210C1 (en) | Active low-pass rc-filter with single element pole frequency tuning on differential and multi-differential operational amplifiers | |
RU2720559C1 (en) | Active rc-low-pass filter with single-element frequency tuning of the pole on the differential and two multi-differential operational amplifiers | |
RU2724917C1 (en) | Universal active rc-filter of the second order on multi-differential operational amplifiers with minimum quantity of passive and active elements | |
RU2730172C1 (en) | Universal active rc-filter of second order on multi-differential operational amplifiers | |
RU2748610C1 (en) | Fourth-order broadband bandpass filter with single input and paraphase output | |
RU2748607C1 (en) | Fourth-order wideband bandpass active rc filter with differential input and paraphase output | |
EP3933367B1 (en) | Sensor interface circuit, sensor system, and method of signal measurement | |
CN111579951B (en) | Direct-current cable discharge detection device and detection method | |
RU2748663C1 (en) | Fourth-order wideband bandpass filter with non-differential input and paraphase output on classical operational amplifiers | |
RU2692967C1 (en) | Active rc-filter for processing signals of piezoelectric sensors | |
CN111751611A (en) | Weak current measuring system | |
RU2797040C1 (en) | Low-pass filter based on a multi-differential operational amplifier | |
RU2800970C1 (en) | Low pass filter | |
RU2718830C1 (en) | Band-pass filter of the second order with independent adjustment of main parameters | |
RU2772316C1 (en) | Sallen-key family band-pass filter with independent tuning of main parameters | |
RU2774806C1 (en) | Band filter of the sallen-key family |