Синхронный режекторный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - уменьшение помех дискретизации. Устройство содержит операционный усилитель 1, резистор 2, конденсатор 3, аналого .вый коммутатор (АК) 4, накопительные конденсаторы 5, распределитель импульсов 6 и интерполятор 7, состоящий из ЦАП 8, вычитателей 9 и 10, сумматора П и АК 12. Цель достигается введением интерполятора 7, выходной сигнал которого формируется посредством кусочно-линейной аппроксимации входного сигнала. Назначение интерполятора 7 - сгладить ступеньки своего входного ступенчатого напряжения , уменьшить амплитуды его спектральных составляющих с К 1 и уменьшить модуляционные составляющие в К раз. Приведены табл. значений спектральных коэффициентов для устройства без интерполятора 7 и с ним. 2 ил., 2 табл. В

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ñ51) 4 Н 03 Н 19/00 л с, у . р С! .сс с с сс

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4129917/24-09 (22) 30.09.86 (46) 30.07.88. Бюл. У 28 (71) Винницкий политехнический институт (72) Я.И. Капицкий, В.Д. Ляхвацкий и Е.М. Лапчук (53) 621.372.543.3(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 629626, кл. Н 03 Н 7/10, 1978. (54) СИНХРОННЫЙ РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — уменьшение помех дискретизации. Устройство содержит операционный усилитель 1, резистор 2, конденсатор 3, аналоговый коммутатор (АК) 4, накопительные

ÄÄSUÄÄ 1413699 А1 конденсаторы 5, распределитель импульсов 6 и интерполятор 7, состоящий из ЦАП 8, вычитателей 9 и 10, сумматора )1 и АК 12. Цель достигается введением интерполятора 7, выходной сигнал которого формируется посредством кусочно-линейной аппроксимации входного сигнала. Назначение интерполятора 7 — сгладить ступеньки своего входного ступенчатого напряжения, уменьшить амплитуды его спектральных составляющих с К) 1 и уменьшить модуляционные составляющие в

К раэ. Приведены табл. значений спектральных коэффициентов для устройства беэ интерполятора 7 и с ним. 2 ил., Q

2 табл.

1413699

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в уст" ройствах частотной селекции.

Цель изобретения — уменьшение помех дискретизации.

IIa фиг. 1 приведена принципиальная схема синхронного режекторного фильтра; на фиг. 2 — эпюры напряжений а

Синхронный режекторный фильтр содержит операционный усилитель 1, резистор 2, конденсатор 3, первый аналоговый коммутатор 4, N накопительных конденсаторов 5, распределитель импульсов б, интерполятор 7, содержащий цифроаналоговый преобразователь 8, первый вычитатель 9, второй нычитатель IO, сумматор 11 и второй аналоговый коммутатор 12.

Синхронный режекторный фильтр работает следующим образом.

На выходах распределителя импульсов б вырабатываются импульсы с частотой Хс, которая связана с частотой режекции Е следующим соотношением

fc = Nfî

N . ИK

ЬК = А — sin cos —, 7 К N N

50 где K= aN+I, а = 0,1,2...

Назначение интерполятора 7 — сгла дить ступеньки и уменьшить амплитуды спектральных составляющих с К > 1.

На фиг. 2 приведены эпюры напряжения, поясняющие принцип работы устройства (на фиг. 2a †. входной синусоНа выходах распределителя импульсон 6 формируются импульсы управления30 первым аналоговым коммутатором 4, который последовательно на время d t

1/Nfо подключает накопительные конденсаторы 5 через параллельно соединенные резистор 2 и конденсатор 3 к 35 выходу операционного усилителя I.

Если частота входного сигнала совпадает с частотой f, то после многократного подключения на накопительных конденсаторах 5 устанавливаются 40 напряжения, равные среднему значению сигнала с частотой f в течение соответствующего такта.

При синусоидальном входном сигнале с частотой fo на первом входе ин- 45 терполятора 7 формируется ступенчатое напряжение, амплитуды спектральных составляющих которого равны идальный сигнал V »(t), на фиг. 2б— ступенчатый сигнал на первом входе интерполятора 7 V (t), на фиг. 2в вспомогательный сигнал, формируемый интерполятором 7 7 (), на фиг.2г— выходной сигнал интерполятора 7Э(t) причем

Таким образом, выходной сигнал

V (t) формируется посредстном кусочно-линейной аппроксимации входного сигнала. Можно применить также и кусочно-линейную аппроксимацию.

На каждом i-м участке выходной сигнал интерполятора 7 равен

Л Vsxi

31 ()» (1-1) д где U< (, — среднее значение входного сигнала на (i-1)-ом участке его

Т,1 вх1= ьх1 вх(1 11

То 1 1

Д ж

N f0N fc

В установиншемся режиме V< VII», В выходном сигнале интерполятора также присутствуют только гармоники

К iN+1 где i О, 1, 2,...

Амплитуды этих гармоник равны

Г. Ы

cos — + d — х

N — fiK я

cos — ), ЪК = — (+

riK

II . ИК х sin â sin—

Я, е

< К

csin—

+ э п—

N где с и d — - коэффициенты, принимающие значения (+I) или (-1) в зависимости от значения К.

В табл. 1 и 2 приведены значения спектральных коэффициентов для устройства беэ интерполятора (Ь К) и с интерполятором (Ъ ) при N 16 и

N 32.

Как следует иэ табл. 1 и 2, применение интерполятора уменьшает модуляционные составляющие в К раз.

Входной сигнал поступает на усилитель 1, на выходе которого включен синхронный фильтр, состоящий из резистора 2, первого аналогового комму" татора 4, накопительных конденсаторов

5. Конденсатор 3 уменьшает коммутационные помехи. На управляющие входы первого аналогового коммутатора 4 подаются управляющие сигналы иэ распре I 413699 делителя импульсов 6. При поступлении на его вход импульсов с частотой Ес коммутатор последовательно подключает к резистору 2 конденсаторы 5. В, установившемся режиме в точке соеди—

Жния резистора 2 и выхода первого аналогового коммутатора 4 формируется ступенчатый сигнал V (фиг. 2б).

Интерполятор 7 реализован на втором аналоговом коммутаторе 12, цифроаналоговом преобразователе 8, вычитателях 9 и 10 и сумматоре 11. Управляющие входы коммутаторов 4 и 12 объ- ецинены, выходы подключены к первому 15 вычитателю 9, а входы подключены к конденсаторам 5 со сдвигом, так, что, например 1 первый конденсатор 5 подключен к:.первому и второму входам коммутаторов 4 и 12, второй конденса- 20 тор 5 — к второму входу коммутатора 4 и третьему входу коммутатора 12 и т.д. Таким образом, в каждом i-м такте ныход коммутатора 4 подключен к

i-му конденсатору, а выход коммутато- 25 ра 12 — к (i-1)-му конденсатору. Сигнал на выходе первого вычитателя 9 ранен

dV ° "- V° . — V. °

1 1 1-1

Этот сигнал подается на аналоговый вход перемножающего цифроаналогового преобразователя 8 и на вход второго вычитателя 10. Цифроаналоговым преобразователем 8 осуществляется форми3 рование ступенчатого возрастающего или убывающего напряжения 1н зависимости от знака 4Ч;). Амплитуда этого напряжения равна 8V (фиг. 2в). Чис- 4 ло ступенек m на каждом участке определяется исходя из заданной погрешности дискретизации кусочно-линейного сигнала, а максимальные значения m зависят от быстродействия цифроаналогового преобразователя, периода частоты режекции и числа накопительных конденсаторов И. Если, например, 50 Гц, N = 64, длительность такта, в течение которого происходит заряд подключаемого к коммутатору соответствующего конденсатора, равна

0

50 дй г = 312 5 мкс

1 оИ

Если применяется, например,- цифра-, 55 аналоговый преобразователь типа

572ПА1А, у которого время установления t zq 5 мкс, то

dt

Ш УЕ 1СС. уст

62,5

В качестве распределителя импульсон 6 применяется счетчик, его младшие К разрядов подключаются к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 8, а старшие j разрядов к управляющим входам коммутаторов 4 и 12.

Недостатком синхронных режекторных фильтров является наличие в спектре выходного сигнала высших К-х гармо" ник, причем К = аИ+1. Амплитудь этих гармоник равны

N . Гк! И . II 1

ЬК А вЂ, sin †siò С— оРК N о „К

Ао N ° л где С = sin (I/N, А„— амплитуда

II входного сигнала. Как следует из табл. 1 и 2, значения Ь << значитель-ны, Например, 15-я гармоника составляет 6,5 от А . Для подавления модуляционных помех на выходе режекторных фильтров необходимо включить фильтр нижних частот.

Применение традиционных синхронных фильтрон связано с необходимостью включения на их выходе фильтров нижних частот для подавления помех, обусловленных преобразованием синхронным фильтром входного непрерывного сигнала в ступенчатый. За счет этого частотный диапазон устройства, в ко" тором используется синхронный фильтр, сокращается, поскольку максимальная

Для рассматриваемого примера можно выбрать N 64. Второй вычитатель

10 осуществляет сдвиг однополярного ступенчато-линейного напряжения на

1/2 dV,, за счет чего оно преобразуется н двуполярное (фиг. 2) напряжение Ч . Сумматор 11 суммирует напряжения V è V и на его выходе фор" мируется кусочно-линейное напряжение помехи V>. Это напряжение подается на вычитающий вход операционного усилителя 1 и вычитается из выходной смеси сигнала и помехи. Частота сигнала синхронизации f определяетса с заданной частотой режекции Е<, числом накопительных конденсаторов И, числом формируемых цифроаналоговым преобразователем ступенек в течение заряда накопительного конденсатора.

14136

Таблица 1

К (при М = 16) ЬК

1 15

17 31 3

Ь|к

0,961 0„0044 0,0034 0,001 0,0009

Ь

Ь1К

16 31 33

5 частота не может превышать Гд(Н-I), где Ко — частота режекции.

Применение фильтра нижних частот высокого порядка приводит также к

5 дополнительным искажениям амплитудночастотной и особенно фазо-частотной характеристики устройства.

Как следует из табл. 1 и 2, применение интерполятора уменьшает уровень10 помехи в К раз с номерами гармоник

К aN + 1 (коэффициенты Ь к). При

N 32, К 31, Ь к 0,001. Такую пОмеху в .большинстве случаев можно нФ учитывать и поэтому не требуется применение фильтров нижних частот на выходе синхронного режекторного фильтра.

Формула изобретения

Сиихронный режекторный фильтр, содфржащий операционный усилитель, ре" зистор, конденсатор, первый аналоговый коммутатор, распределитель импульсов и N-накопительных конденсаторов, первые выводы резистора и конденсатора соединены с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого является входом синхронного режекторного фильтра, вторые выводы резистора и конденсатора соедннены с выходом первого аналогового коммутатора, каждый из N-входов которого соединен с первым выводом соответствующего накопительного конденсатора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, выходы распределителя импульсов соединены с соответствующими, управляющими входами первого аналогового коммутатора, причем выход операционного усилителя является выходом синхронного режекторного . фильтра, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью уменьшения помех дискретизации, вреден интерпо" лятор, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, к первому входу интерполятора подключен первый выход первого аналогового коммутатора, к М выходам которого подключены N входов интерполятора, i-й вход интерполятора соединен (-1)"м входом первого ана" логового коммутатора, а N-й вход интерполятора соединен с первым выходом первого аналогового коммутатора, к первому и второму управляющим входам интерполятора подключен выход распределителя импульсов, при этом интерполятор выполнен в виде последовательного соединения второго аналогового коммутатора, N входов кото-; рого являются входами интерполятора, первый вычитатель, цифроаналоговый преобразователь, первый вход которого является вторым управляющим входом интерполятора, второй вычитатель, к второму входу которого подключенвыход первого вычитателя, и сумматор, второй вход которого подключен к сум" мирующему входу первого вычитателя и является первым входом интерполятора, выходом которого является выход сумматора, 1413699

Таблица 2

К (при Н 32) 65

ЬК

31 33

) bz„

33

Фиг.!

0,993 0,032 0,03 0,0158 0,0153

0,99 0,001- 0,0099 0,0002S 0,00023

1413699

Составитель Ю. Черньппев

Редактор Н. Горват Техред A. Кравчук Корректор В. Бутяга

Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3792/55

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4