Режекторный фильтр класса саллен-ки

Авторы патента:

H03H11/12 - с использованием усилителей с обратной связью (H03H 11/08,H03H 11/10 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2779632:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для подавления нежелательных помех при обработке сигналов датчиков в системах автоматики и измерительной техники. Технический результат: создание условий, при которых реализуется режекторный фильтр семейства Саллен-Ки, с возможностью независимой настройки частоты полюса и добротности полюса разными резисторами исключительно на неинвертирующих повторителях напряжения. Режекторный фильтр класса Саллен-Ки содержит вход (1) и выход (2) устройства, первый (3) и второй (4) частотозадающие конденсаторы, первый (5), второй (6), третий (7) и четвертый 8 частотозадающие резисторы, первый (9) и второй (10) повторители напряжения. В схему введены дополнительный повторитель напряжения (11) и дополнительный резистор (12), выход первого 9 повторителя напряжения соединен с выходом (2) устройства и подключен к общей шине источников питания через последовательно соединенные дополнительный резистор (12) и четвертый (8) частотозадающий резистор, общий узел которых подключен ко входу второго (10) повторителя напряжения, выход второго (10) повторителя напряжения связан со входом дополнительного повторителя напряжения (11) через последовательно соединенные третий (7) и второй (6) частотозадающие резисторы, общий узел которых связан с выходом дополнительного повторителя напряжения (11) через второй (4) частотозадающий конденсатор, а вход дополнительного повторителя напряжения (11) соединен со входом первого (9) повторителя напряжения через первый (3) частотозадающий конденсатор. 4 ил.

В настоящее время активные режекторные ARC фильтры (РФ) класса Саллен-Ки (Sallen-Key) [1-8] находят широкое применение в устройствах частотной селекции различного назначения, например, для решения задач подавления сетевых помех (50 Гц, 60 Гц, 400 Гц и т.п.). В их основу положены классические решения Саллен-Ки на нескольких операционных усилителях [9].

Ближайшим прототипом заявляемого устройства является классический режекторный фильтр, представленный в статье [Bruce Carter «Filter Design in Thirty Seconds», SLOA093, Application Report, Texas Instruments, 2001, 14 p. (fig. 17, fig. 18, https://www.vyssotski.ch/BasicsOfInstrumentation/FilterDesignIn30Seconds.pdf)]. Он содержит (фиг. 1) вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 частотозадающие конденсаторы, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 частотозадающие резисторы, первый 9 и второй 10 повторители напряжения.

Существенный недостаток известного устройства фиг. 1 состоит в том, что в нем не реализуется независимая цифровая настройка основных параметров (частоты полюса и добротности полюса) – при настройке одного параметра РФ изменяется другой. Как следствие, это требует итерационных процедур настройки, что ограничивает использование данной схемы РФ. Кроме этого, для построения РФ-прототипа требуется активный сумматор (на операционном усилителе) двух выходных сигналов, формируемых на выходах фильтра низких и фильтра высоких частот. Схемы РФ на повторителях напряжения, не содержащих выходного сумматора на операционных усилителях, в настоящее время отсутствуют.

Основная задача предполагаемого изобретения состоит в создании режекторного фильтра семейства Саллен-Ки только на неинвертирующих повторителях напряжения (например, на ВЧ или СВЧ эмиттерных или истоковых SiGe повторителях), в котором предусмотрена возможность независимой настройки частоты полюса и добротности полюса разными резисторами.

Поставленная задача достигается тем, что в режекторном фильтре фиг. 1, содержащем вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 частотозадающие конденсаторы, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 частотозадающие резисторы, первый 9 и второй 10 повторители напряжения, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены дополнительный повторитель напряжения 11 и дополнительный резистор 12, выход первого 9 повторителя напряжения соединен с выходом 2 устройства и подключен к общей шине источников питания через последовательно соединенные дополнительный резистор 12 и четвертый 8 частотозадающий резистор, общий узел которых подключен ко входу второго 10 повторителя напряжения, выход второго 10 повторителя напряжения связан со входом дополнительного повторителя напряжения 11 через последовательно соединенные третий 7 и второй 6 частотозадающие резисторы, общий узел которых связан с выходом дополнительного повторителя напряжения 11 через второй 4 частотозадающий конденсатор, а вход дополнительного повторителя напряжения 11 соединен со входом первого 9 повторителя напряжения через первый 3 частотозадающий конденсатор.

На фиг. 1 представлен режекторный фильтр-прототип класса Sallen-Key.

На фиг. 2 приведена схема заявляемого режекторного фильтра в соответствии с формулой изобретения.

На фиг. 3 показана схема РФ фиг. 2 в среде моделирования Micro-Cap.

На фиг. 4 представлены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики РФ фиг. 3.

Основная особенность предлагаемого активного режекторного RC-фильтра состоит в том, что он реализован только на неинвертирующих, в т.ч. истоковых SiGe повторителях напряжения, которые могут работать в диапазоне сверхвысоких частот. Подобные схемотехнические решения отсутствуют.

Режекторный фильтр класса Саллен-Ки фиг. 2 содержит вход 1 и выход 2 устройства, первый 3 и второй 4 частотозадающие конденсаторы, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 частотозадающие резисторы, первый 9 и второй 10 повторители напряжения. В схему введены дополнительный повторитель напряжения 11 и дополнительный резистор 12, выход первого 9 повторителя напряжения соединен с выходом 2 устройства и подключен к общей шине источников питания через последовательно соединенные дополнительный резистор 12 и четвертый 8 частотозадающий резистор, общий узел которых подключен ко входу второго 10 повторителя напряжения, выход второго 10 повторителя напряжения связан со входом дополнительного повторителя напряжения 11 через последовательно соединенные третий 7 и второй 6 частотозадающие резисторы, общий узел которых связан с выходом дополнительного повторителя напряжения 11 через второй 4 частотозадающий конденсатор, а вход дополнительного повторителя напряжения 11 соединен со входом первого 9 повторителя напряжения через первый 3 частотозадающий конденсатор.

Работа схемы фиг. 2 и ее соответствие заявляемым свойствам подтверждается результатами компьютерного моделирования в среде MicroCap, представленными на чертеже фиг. 4.

Как следует из чертежей фиг. 3 и фиг. 4, за счет изменения сопротивления резистора R5 обеспечивается изменение полосы пропускания режекторного фильтра.

Таким образом, заявляемое устройство имеет существенное преимущество в сравнении с прототипом – оно реализуется только на неинвертирующих повторителях напряжения, которые для диапазона высоких и сверхвысоких частот могут выполняться как SiGe (GaAs, GaN и др.) широкополосные истоковые или эмиттерные повторители.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Gasca Sienes A. Didactic and Interactive Material as a Complement to the Filter Theory : дис. – Universitat Politècnica de Catalunya, 2021. (p. 62, Figure 5-39, URI: http://hdl.handle.net/2117/338200).

2. Gasca Sienes A. Didactic and Interactive Material as a Complement to the Filter Theory : дис. – Universitat Politècnica de Catalunya, 2021. (p. 63, Figure 5-40, URI: http://hdl.handle.net/2117/338200).

3. Gasca Sienes A. Didactic and Interactive Material as a Complement to the Filter Theory : дис. – Universitat Politècnica de Catalunya, 2021. (p. 64, Figure 415-41, URI: http://hdl.handle.net/2117/338200).

4. Gasca Sienes A. Didactic and Interactive Material as a Complement to the Filter Theory : дис. – Universitat Politècnica de Catalunya, 2021. (p. 64, Figure 42, URI: http://hdl.handle.net/2117/338200).

5. Gasca Sienes A. Didactic and Interactive Material as a Complement to the Filter Theory : дис. – Universitat Politècnica de Catalunya, 2021. (p. 65, Figure 42, URI: http://hdl.handle.net/2117/338200).

6. Gasca Sienes A. Didactic and Interactive Material as a Complement to the Filter Theory : дис. – Universitat Politècnica de Catalunya, 2021. (p. 66, Figure 44, URI: http://hdl.handle.net/2117/338200).

7. Shokrolahi S. M., Karimiziarani M. A deep network solution for intelligent fault detection in analog circuit //Analog Integrated Circuits and Signal Processing. – 2021. – Т. 107. – №. 3. – P. 597-604, Fig. 5.

8. Bruce Carter «Filter Design in Thirty Seconds», SLOA093, Application Report, Texas Instruments, 2001, 14 p. (fig. 17, URI: https://www.vyssotski.ch/BasicsOfInstrumentation/FilterDesignIn30Seconds.pdf).

9. Bainter Notch Filters by Hank Zumbahlen, Analog Devices Inc. Mini Tutorial MT-203. URL: https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-203.pdf.

Режекторный фильтр класса Саллен-Ки, содержащий вход (1) и выход (2) устройства, первый (3) и второй (4) частотозадающие конденсаторы, первый (5), второй (6), третий (7) и четвертый (8) частотозадающие резисторы, первый (9) и второй (10) повторители напряжения, отличающийся тем, что в схему введены дополнительный повторитель напряжения (11) и дополнительный резистор (12), выход первого (9) повторителя напряжения соединен с выходом (2) устройства и подключен к общей шине источников питания через последовательно соединенные дополнительный резистор (12) и четвертый (8) частотозадающий резистор, общий узел которых подключен ко входу второго (10) повторителя напряжения, выход второго (10) повторителя напряжения связан со входом дополнительного повторителя напряжения (11) через последовательно соединенные третий (7) и второй (6) частотозадающие резисторы, общий узел которых связан с выходом дополнительного повторителя напряжения (11) через второй (4) частотозадающий конденсатор, а вход дополнительного повторителя напряжения (11) соединен со входом первого (9) повторителя напряжения через первый (3) частотозадающий конденсатор.

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат: создание полосового фильтра семейства Саллена-Ки, в котором предусмотрена возможность независимой настройки разными резисторами частоты полюса и добротности полюса.

Полосовой фильтр семейства саллена - ки с независимой подстройкой основных параметров // 2772316

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат - создание полосового фильтра семейства Саллена-Ки, в котором предусмотрена возможность независимой настройки разными резисторами частоты полюса и добротности полюса.

Фильтр высоких частот семейства саллена - ки с независимой подстройкой основных параметров // 2772314

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат: создание фильтра высоких частот семейства Саллена-Ки, в котором предусмотрена возможность независимой настройки разными резисторами частоты полюса, добротности полюса и коэффициента передачи.

Фильтр низких частот семейства саллена-ки с независимой подстройкой основных параметров // 2771980

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат: создание фильтра низких частот семейства Саллена-Ки, в котором предусмотрена возможность независимой настройки разными резисторами частоты полюса, добротности полюса и коэффициента передачи.

Полосовой фильтр класса саллена-ки с независимой подстройкой основных параметров // 2771979

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве устройства выделения заданного спектра сигнала, например, при его дальнейшей обработке аналого-цифровыми преобразователями различных модификаций. Технический результат: создание полосового фильтра семейства Саллена - Ки, в котором предусмотрена возможность независимой настройки частоты полюса и добротности полюса разными резисторами.

Режекторный фильтр четвертого порядка // 2760930

Изобретение относится к области радиотехники, а также измерительной техники, и может использоваться, например, для осуществления фильтрации помех и защиты систем радиомониторинга в коротковолновом диапазоне. Технический результат - возможность регулировки полосы задерживания.

Полосовой фильтр четвертого порядка // 2760871

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала, например, при его обработке аналого-цифровыми преобразователями. Технический результат: обеспечение в полосовом фильтре четвертого порядка возможности изменения полосы пропускания и расширенного частотного диапазона.

Полосовой фильтр с управляемой полосой пропускания // 2758448

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для выделения заданного спектра источника сигнала. Технический результат - снижение шумовых сигналов верхних и нижних частот.

Режекторный фильтр четвертого порядка // 2754924

Изобретение относится к области радиотехники, а также измерительной техники и может использоваться, например, для осуществления фильтрации помех в системах радиомониторинга в коротковолновом диапазоне. Технический результат: создание режекторного фильтра четвертого порядка с возможностью регулировки полосы задерживания.

Полосовой фильтр четвертого порядка // 2752254

Изобретение относится к радиотехнике и связи и может быть использовано в качестве интерфейса для ограничения спектра источника сигнала. Технический результат: создание условий, при которых полосовой фильтр четвертого порядка имеет возможность изменения полосы пропускания и обладает расширенным частотным диапазоном.