SU1764143A1 - Активный SC-фильтр нижних частот - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных радиоэлектронных устройствах . Цель изобретени  - расширение частотного диапазона входных сигналов. Активный SC-фильтр нижних частот содержит конденсатор 1, первый М-канальный коммутатор 3, первую 4 и вторую 8 группы из М коммутируемых конденсаторов, второй М- канальный коммутатор 6, усилитель 7, первый ключ 2, второй ключ 5. Работа активного SC-фильтра нижних частот основана на формировании передаточной функции М-го пор дка за счет коммутации цепей обратной св зи с частотой много выше верхней рабочей частоты сигнала.2 ил.

Description

сл

С

Фиг.

О

Ј СА

Изобретение относитс  к радиотехнике и может использоватьс  в селективных радиоэлектронных устройствах, преимущественно в микроэлектронном исполнении.

Известен перестраиваемый фильтр нижних частот (авт. св. ISfe 1437967, опублик. 15.11.88), содержащий последовательно соединенные операционный усилитель (ОУ) и ключ, повторитель напр жени , выход которого подключен к входам первого М-каналь- ного коммутатора, соответствующих масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены и подключены к инвертирующему входу ОУ, второй N-канальный коммутатор, первый вход которого  вл етс  входом перестраиваемого фильтра нижних частот (ФНЧ), конденсатор, первый еывод которого подключен к общей шине, а второй - к входу повторител  напр жени , а также распределитель импульсов, первый выход которого подключен к управл ющим входам первого и второго N-канальных коммутаторов , а второй - к управл ющему входу ключа , при этом выходом перестраиваемого ФНЧ  вл етс  выход повторител  напр жени , N-1 конденсаторов, первые выводы которых подключены к общей шине, а их вторые выводы - к соответствующим входам второго М-канал ьного коммутатора, выход которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилител , регулируемый резистор, третий - канальный коммутатор, вход которого подключен к одному выходу регулируемого резистора, другой вывод которого подключен к выходу ключа, причем N выводов третьего N-ка- нального коммутатора подключены к вторым выводам соответствующего из N конденсаторов, а также дополнительный резистор, включенный в цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител .

Недостатком такого устройства  вл етс  сложность его изготовлени  в твердотельном микроэлектронном исполнении и особенно при работе в области низких частот , где требуютс  большие номиналы резисторов и конденсаторов.

Известен также мультиплексный фильтр нижних частот Rathore T.S., Bhattacharyya В.В. Stray - Insensitive actlvesc realization of high-order filters with reduced number of components//IEEE, Int. Sunp. Circuit and Syst., San Jose, Calif. 1986, vol. 2, № 5, 597-600, 3. 600. Fig. 6), содержащий два операционных усилител , неинвертирующие входы которых подключены к общей шине, а между инвертирующим входом первого операционного усилител  и его выходом включен первый ключ, а также последовательно включенные второй ключ, первый конденсатор и третий ключ, четвертый ключ, второй конденсатор и п тый ключ, шестой ключ, третий конденсатор и седьмой

ключ, причем между инвертирующим входом второго операционного усилител  и его выходом включен восьмой ключ, а также последовательно соединенные дев тый ключ, четвертый конденсатор и дес тый ключ,

одиннадцатый ключ, п тый конденсатор и двенадцатый ключ, при этом шестой конденсатор первым выводом подключен через тринадцатый ключ к общей шине, через четырнадцатый ключ - к выходу второго операционного усилител , через п тнадцатый ключ - к выходу первого усилител , через шестнадцатый ключ - к источнику входного сигнала, а вторым выводом через семнадцатый ключ - к общей шине, через восемнадцатый ключ - к инвертирующему входу второго операционного усилител , через де- в тнадцетый ключ - к инвертирующему входу первого операционного усилител .

Недостатком этого устройства  вл етс  наличие большого количества ключей, операционных усилителей и большого числа фаз управлени ; так, дл  реализации фильтра n-го пор дка 2 число фаз составл ет

2п+1, что сужает частотный диапазон работы .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  многофазный SC-фильтр нижних частот (Rathore T.S., Farugue S.M. and

Bhattacharyya В.В. A stray - Insensitive Single Switched - Capacitor Ladder Realization of on Arbitrary Order Low - Pass Filter Proceedings of the IEEE, vol. 75, № 1, January 1987, p. 169, fig. 2(a)), содержащий

три ключа, п ть операционных усилителей, группу коммутируемых конденсаторов, первый и второй N-канальные коммутаторы, конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом первого ключа, вход которого

 вл етс  входом активного SC-фильтра нижних частот, причем вход первого М-ка- нального коммутатора соединен с выходом первого ключа и входом второго ключа, выход которого подключен к общей шине, выходы первого М-канального коммутатора соединены с соответствующими первыми выводами М конденсаторов группы из М коммутируемых конденсаторов и выходами операционных усилителей, инвертирующие

входы которых подключены к соответствующим вторым выводам М конденсаторов и выходам второго М-канального коммутатора , вход которого подключен к второму выводу конденсатора и входу третьего ключа, выход которого подключен к общей шине,

неинвертирующий входы операционных усилителей подключены к общей шине.

Недостатками такого устройства  вл ютс  большое число операционных усилителей , многофазность управлени  (при реализации фмльтра п-го пор дка необходимо 2п+1 фаз управлени , что сужает частотный диапазон).

Цель изобретени  - расширение частотного диапазона входных сигналов.

Дл  достижени  поставленной цели в предлагаемый активный SC-фильтр нижних частот, содержащий усилитель, первый и второй М-канальные коммутаторы, первую группу из М коммутируемых конденсаторов, первый и второй ключи, конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом первого ключа, вход которого  вл етс  входом активного SC-фильтра нижних частот, причем вход первого М-канального коммутатора соединен с выходом первого ключа и входом второго ключа, выходы первого М- канального коммутатора соединены с соответствующими первыми выводами М конденсаторов первой группы из М коммутируемых конденсаторов, введена втора  группа из М коммутируемых конденсаторов , первые выводы которых соединены с соответствующими выходами второго М-канального коммутатора, вход которого соединен с выходом второго ключа и входом усилител , выход которого соединен с вторыми выводами М конденсаторов первой группы из М коммутируемых конденсаторов , второй вывод конденсатора и вторые выводы М конденсаторов второй группы из М коммутируемых конденсаторов соединены с общей шиной.

На фиг, 1 дана электрическа  схема предлагаемого активного SC-фильтра; на фиг. 2 - временна  диаграмма работы ключей первого и второго М-канальных коммутаторов и первого и второго ключей,

Активный SC-фильтр содержит конденсатор 1, первый ключ 2, первый М-каналь- ный коммутатор 3, первую группу 4 из М коммутируемых конденсаторов, второй ключ 5, второй М-канальный коммутатор 6, усилитель 7, вторую группу 8 из М коммутируемых конденсаторов. Первый вывод конденсатора 1 соединен с выходом первого ключа 2, вход которого  вл етс  входом активного SC-фильтра нижних частот. Первый М-канальный коммутатор 3 соединен с выходом первого ключа 2 и входом второго ключа 5. Выходы первого М-канального коммутатора 3 соединены с соответствующими первыми выводами М конденсаторов первой группы 4 из М коммутируемых конденсаторов , Первые выводы второй группы

8 из М коммутируемых конденсаторов соединены с соответствующими выходами второго М-канального коммутатора 6, вход которого соединен с выходом второго ключа 5 и входом усилител  7. ВыхоД усилител  7 соединен с вторыми выводами М конденсаторов первой группы 4 из М коммутируемых конденсаторов. Второй вывод конденсато- ра 1 и вторые выводы М конденсаторов вто0 рой группы 8 из М коммутируемых конденсатора соединена с общей шиной.

Активный SC-фильтр нижних частот работает следующим образом.

После подачи входного сигнала на вход

5 первого ключа 2 и управл ющих импульсов на первый 3 и второй 6 М-канальные коммутаторы в соответствии с временной диаграммой (фиг. 2) начинают замыкатьс  соответствующие ключи М-канальных ком0 мутаторов. С приходом первого управл ющего импульса замыкаетс  первый ключ 2, конденсатор 1 оказываетс  подключенным к источнику входного сигнала и зар жаетс  до напр жени , равного мгновенному эна5 чению сигнала. С приходом второго управл ющего импульса замыкаютс  первый ключ 2 первого М-канального коммутатора 3 и первый ключ 2, 3 второго М-канального коммутатора 6, в результате чего первый

0 вывод первого конденсатора 1 первой группы 4 из М коммутируемых конденсаторов и первый вывод первого конденсатора 1 второй группы 8 из М коммутируемых конденсаторов 8 подключаютс  соответственно к

5 первому выводу конденсатора 1 и входу усилител  7, что соответствует первому такту работы первого звена. С приходом третьего управл ющего импульса замыкаютс  второй ключ 5 и первый ключ 2, 3 второго М-ка0 нального коммутатора 6, подключа  первый о вывод конденсатора 1 к первому выводу первого конденсатора 1 второй группы 8 из М коммутируемых конденсаторов, что соответствует второму такту работы первого зве5 на. С приходом четвёртого управл ющего импульса замыкаетс  второй ключ 4, 5 второго М-канального коммутатора 6, что соответствует первому такту работы второго звена. С приходом п того управл ющего

0 импульса замыкаютс  второй ключ 5 и второй ключ 4, 5 второго М-канального коммутатора б, что соответствует второму такту работы второго звена, и т. д. В результате такой последовательной работы ключей пе5 редаточна  функци  устройства записываетс  как произведение передаточных функций М-звеньев второго пор дка (М соответствует количеству конденсаторов в первой А и второй 8 группах из М-коммути- руемых конденсаторов, а также числу ключей в первом 3 и втором 6 М-канэльных коммутаторах) при условии, что частота полюса фильтра 0)р намного меньше частоты коммутации а ключей: a)s 2  /Т, где Т - период коммутации, состо щей из m фаз (фиг. 2):

ЯР) ft - - + , 1 1 р + pd p t Щ Гчир i

(U

где dpi, wpi - затухание и частота полюса звена (I - номер звена),

к - коэффициент передачи звена, равный коэффициенту передачи усилител  7.

Частота и затухание полюса отдельных звеньев определ ютс  по формулам

е«р| oh 2.n

v Си C2i

где С - емкость конденсатора 1;

Си. C2i - емкости первой 4 и второй 8 групп из М коммутируемых конденсаторов соответствующих звеньев.

Из анализа формул (1) и (2) следует, что дл  реализации устройством фильтра п-го пор дка оно должно содержать п+1 конденсаторов и иметь такое же число фаз коммутации ключей.

При выборе коэффициента передачи усилител  7 равным к 1, т. е. включении его в режиме повторител  напр жени , коэффициент передачи фильтра, в соответствии с формулой (1), также равен 1. а затухание звеньев описываетс  формулой dpi - VCai/Cn и определ етс  отношением конденсаторов.

Активный SC-фильтр нижних частот по сравнению с устройством-прототипом обладает большим частотным диапазоном (так как имеет меньшее число фаз управлени ), который можно оценить по формуле

. 2п + 1

п + 1

Claims (1)

10 а также содержит меньшее число активных элементов (операционных усилителей). Формула изобретени  Активный SC-фильтр нижних частот, содержащий усилитель, первый и второй М-ка15 нальные коммутаторы, перва  группа из М коммутируемых конденсаторов, конденсатор , первый вывод которого соединен с выходом первого ключа, вход которого  вл етс  входом активного SC-фильтра

20 нижних частот, вход первого М-канального коммутатора соединен с выходом первого ключа и входом второго ключа, выходы первого М-к,знального коммутатора соединены с соответствующими первыми выводами М

25 конденсаторов первой группы из М коммутируемых конденсаторов, отличающий- с   тем, что, с целью расширени  частотного диапазона входных сигналов, введены втора  группа из М коммутируемых конденса30 торов, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами второго М-канального коммутатора, вход которого соединен с выходом второго ключа и входом усилител , выход которого соединен с вто35 рыми выводами М конденсаторов первой группы из М коммутируемых конденсаторов , второй вывод конденсатора и вторые выводы М конденсаторов второй группы из М коммутируемых конденсаторов соедине40 ны с общей шиной.

Фиг.2