Активный sc-фильтр нижних частот

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных радиоэлектронных устройствах . Цель изобретения - 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 порядка за счет коммутации цепей обратной связи с частотой много выше верхней рабочей частоты сигнала.2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Н 03 Н 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4йуГ 7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4777361/09

: (22) 03,01.90 (46) 23.09.92. Бюл. Я 35

: (71) Таганрогский радиотехнический институт им, В.Д. Калмыкова (72) IO.È; Иванов и В.П. Тенин (56) Proccedlngs of the 1ЕЕЕ, vol. 75, Q 1, January, 1987, р, 169. 2а. (54) АКТИВНЫЙ SG-ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в частотно-избирательных радиоэлектронных уетройстÄÄ5UÄÄ 1764143 А1 вах. Цель изобретения — расширение частотного диапазона входных сигналов, Активный SC-фильтр нижних частот содержит конденсатор 1, первый M-канальный коммутатор 3, первую 4 и вторую 8 группы из М коммутируемых конденсаторов, второй Мканальный коммутатор 6, усилитель 7, первый ключ 2, второй ключ 5. Работа активного

SC-фильтра нижних частот основана на формировании передаточной функции М-го порядка за счет коммутации цепей обратной связи с частотой много выше верхней рабочей частоты сигнала. 2 ил.

1764143

20

35

55

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных ра. диоэлектронных устройствах, преимущественно в микроэлектронном исполйении.

Известен перестраиваемый фильтр нижних частот (авт. cs. ¹ 1437967, опублик.

15,11.88), содержащий последовательно со-. единенные операционный усилитель (QY) и ключ, повторитель напряжениявыход которого подключен к входам первогой-канального коммутатора, соответствующих масштабных резисторов, вторые выводы которых объединены и подключено к инверти-: . рующему входу ОУ, второй Й-канальный коммутатор, первый вход которого является входом перестраиваемого фильтра нижних частот (ФНЧ), конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй .—. к входу повторителя напряжения, а также распределитель импульсов, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго N-канальных коммутаторов, а второй — к управляющему входу ключа, при этом выходом перестраиваемого

ФНЧ является выход повторителя напряжения, N-1 конденсаторов, первые выводы которых подключены к общей шине, а их вторые выводы — к соответствующим входам второго N-канального коммутатора, выход которого подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, 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-канального коммутатора подключены к вторым выводам соответствующего из N конденсаторов, а также дополнительный резистор, включенный в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя.

Недостатком такого устройства является сложность его изготовления в твердотельном микроэлектронном исполнении и особенно при работе в области низких частот, где требуются большие номиналы резисторов и конденсаторов, Известен также мультиплексный фильтр нижних частот Rathore Т,S., Bhattacharyya В,В. Stray — insensitive

activesc realization of high-order filters with

reduced number of components//IEEE, Int, Sunp. Circuit and Syst., San Jose, Calif. 1986, vol. 2, М 5, 597-600, э. 600, Fig. 6), содержащий два операционных усилителя, неинвертирующие входы которых подключены к общей шине, а между инвертирующим входом первого операционного усилителя и его выходом включен первый ключ, а также последовательно включенные второй ключ, первый конденсатор и третий ключ, четвертый ключ, второй конденсатор и пятый ключ, шестой ключ, третий конденсатор и седьмой ключ, причем между инвертирующим входом второго операционного усилителя и его выходом включен восьмой ключ, а также последовательно соединенные девятый ключ, четвертый конденсатор и десятый ключ, одиннадцатый ключ, пятый конденсатор и двенадцатый ключ, при этом шестой конденсатор первым выводом подключен через тринадцатый ключ к общей шине, через четырнадцатый ключ — к выходу второго операционного усилителя, через пятнадцатый ключ — к выходу первого усилителя, через шестнадцатый ключ — к источнику входного сигнала, а вторым выводом через семиадцатый ключ — к общей шине, через восемнадцатый ключ — к инвертирующему входу второго операционного усилителя, через девятнадц тый ключ — к инвертирующему входу первого операционного усилителя..

25 Недостатком этого устройства является наличие большого количества ключей, операционных усилителей и большого числа фаз управления; так, для реализации фильтра и-го порядка 2 число фаз составляет

2п+1, что сужает частотный диапазон работы.

Наиболее близким к изобретению является многофазный SC-фильтр нижних частот (Rathore Т.S., Farugue S.Ì. and

Bhattacharyya В.В, А з1гау — insensitive

Single Switched — Capacitor Ladder

Realization of on Arbitrary 0rder Low — Pass

Filter РгосеесИпдз of the lEEE, vol. 75, N. 1, January 1987, р. 169, fig. 2(а)), содержащий три ключа, пять операционных усилителей, группу коммутируемых конденсаторов, первый и второй N-канальные коммутаторы, конденсатор; первый вывод которого соединен с выходом первого ключа, вход которого является входом активного SC-фильтра нижних частот, причем вход первого М-канального коммутатора соединен с выходом первого ключа и входом второго ключа, выход которого подключен к общей шине, вы50 ходы 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, 1764143 неинверт ирующ ий входы операционных усилителей подключены к общей шине, Недостатками такого устройства являются большое число операционных усилителей, многофазность управления (при реализации фильтра и-го порядка необходимо 2п+1 фаэ управления, что сужает частотный диапазон), Цель изобретения — расширение частотного диапазона входных сигналов, Для достижения 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 является входом активного ЗС-фильтра нижних частот, причем вход первого M-канального коммутатора соединен с выходом первого ключа и входом второго ключа, выходы первого Мканального коммутатора соединены с соответствующими первыми выводами M конденсаторов первой группы из М коммутируемых конденсаторов, введена вторая группа из M коммутируемых конденсаторов, первые выводы которых соединены с соответствующими выходами второго M-канального коммутатора, вход которого соединен с выходом второго ключа и входом усилителя, выход которого соединен с вторыми вйводами М конденсаторов первой группы из M коммутируемых конденсаторов, второй вывод конденсатора и вторые выводы М конденсаторов второй группы из

М коммутируемых конденсаторов соединены с общей шиной.

На фиг, 1 дана электрическая схема предлагаемого активного SC-фильтра; на фиг. 2 — временная диаграмма работы ключей первого и второго M-канальных коммутаторов и первого и второго ключей.

Активный SC-фильтр содержит конденсатор 1, первый ключ 2, первый М-канальный коммутатор 3, первую группу 4 из M коммутируемых конденсаторов, второй ключ 5, второй M-канальный коммутатор 6, усилитель 7, вторую группу 8 из M коммутируемых конденсаторов.. Первый вывод конденсатора 1 соединен с выходом первого ключа 2, вход которого является входом активного $С-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 M конденсаторов первой группы 4 из М коммутируемых конденсаторов, Первые выводы второй группы

8 из M коммутируемых конденсаторов соединены с соответствующими выходами второго М-канального коммутатора 6, вход которого соединен с выходом второго ключа

5 и входом усилителя 7. Выход усилителя 7 соединен с вторыми выводами M конденсаторов первой группы 4 из М коммутируемых конденсаторов. Второй вывод конденсато.. ра 1 и вторые выводы M конденсаторов второй группы 8 из M коммутируемых конденсатора соединена с общей шиной.

Активный SC-фильтр нижних частот работает следующим образом, После подачи входного сигнала на вход

15 первого ключа 2 и управляющих импульсов на первый 3 и второй 6 M-i

3 и первый ключ 2, 3 второго М-канального коммутатора 6, в результате чего первый вывод первого конденсатора 1 первой груп30 пы 4 из M коммутируемых конденсаторов и первый вывод первого конденсатора 1 второй группы 8 из M коммутируемых конденсаторов 8 подключаются соответственно к первому выводу конденсатора 1 и входу уси35 лителя 7„что соответствует первому такту работы первого звена. С приходом третьего управляющего импульса замыкаются второй ключ 5 и первый ключ 2, 3 второго M-канального коммутатора 6, подключая первый

40 вывод конденсатора 1 к первому выводу первого конденсатора 1 второй группы 8 из

М коммутируемых конденсаторов, что соот-. ветствует второму такту работы первого звена. С приходом четвертого управляющего

45 импульса замыкается второй ключ 4, 5 второго М-канального коммутатора 6, что соответствует первому такту работы второго звена. С приходом пятого управляющего импульса замыкаются второй ключ 5 и второй ключ 4, 5 второго M-канального комму50 татора 6, что соответствует второму такту работы второго звена, и т. д. В результате такой последовательной работы ключей передаточная функция уСтройства запйсывается как произведение передаточных функций M-звеньев второго порядка (М соответствует количеству конденсаторов в первой 4 и второй 8 группах иэ М-коммутируемых конденсаторОв, а также числу клющего импульса замыкается первый ключ 2, конденсатор 1 оказывается подключенным к источнику входного сигнала и заряжается до напряжения, равного мгновенному эна25 чению сигнала. С приходом второго управ1764143

2п+1 и+1 сору =соз 2к

С

С1(С2(. чей в первом 3 и втором 6 M-канальных коммутаторах) при условии, что частота полюса фильтра со намного меньше частоты коммутации со ключей: соз = 2 а!Т, где Т— период коммутации, состоящей из m фаз (фиг. 2): ()-1, ", ( (= 1 р + pd p t со((+сор i где dpi сор(— затухание и частота полюса звена (! — номер звена);

k — коэффициент передачи звена, равный коэффициенту передачи усилителя 7.

Частота и затухание полюса отдельных звеньев определяются по формулам б "+ (1 "() (2)

Ор( где С вЂ” емкость конденсатора 1;

С1ь Св(— емкости первой 4 и второй 8 групп из М коммутируемых конденсаторов соответствующих звеньев.

Из анализа формул (1) и (2) следует, что для реализации устройством фильтра и-го порядка оно должно содержать n+1 конденсаторов" и иметь такое же число фаз коммутации ключей.

При выборе коэффициента передачи усилителя 7 равным k - 1, т. е. включении его в режиме повторителя напряжения, коэффициент передачи фильтра, в соответствии с формулой (1), также равен 1, а затухание звеньев описывается формулой d>i Cyi/Ñ и определнетсн Отношением конденсаторов.

Активный SC-фильтр нижних частот по . сравнению с устройством-прототипом обладает большим частотным диапазоном (так . как имеет меньшее число фаз управления), 5 который можно оценить по формуле 10 а также содержит меньшее число активных элементов (операционных усилителей), Формула изобретения.

Активный SC-фильтр нижних частот, содержащий усилитель, первый и второй М-ка15 нальные коммутаторы, первая группа из M коммутируемых конденсаторов, конденса-. тор, первый вывод которого соединен с выходом первого ключа, вход которого является входом активного SC-фильтра

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

25 конденсаторов первой группы из M коммутируемых конденсаторов, отл и ча ю щи йс я тем, что, с целью расширения частотного диапазона входных сигналов, введены вторая 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 усилителя, выход которого соединен с вто35 рыми выводами М конденсаторов первой труппы из М коммутируемых конденсаторов, второй вывод конденсатора и вторые выводы М конденсаторов второй группы из

М коммутируемых конденсаторов соедине40 ны с общей шиной.

1764143 . Составитель Ю.Иванов

Редактор Г.бельская .Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А,Козориз

Заказ 3462 Тираж . Подпйсное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 .