Активный фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H19/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различной приемопередающей аппаратуре, а также в системах автоматического регулирования для частотной обработки сигналов.

Цель изобретения - повышение точности активного фильтра за счет уменьшения количества перезаписей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции.

На фиг. I приведена схема активного фильтра; на фиг. 2 - схемы ячеек коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, с задержкой сигнала на один такт, с инвертированием и задержкой сигнала на один такт; на фиг. 3 - то же, с задержкой сигнала на два такта, с инвертированием и задержкой сигнала на два такта; на фиг. 4 - то же, с задержкой сигнала на три такта; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу активного фильтра.

Активный фильтр содержит операционный усилитель 1, ячейки 2 коммутируемых конденсаторов без задержек сигнала; ячейки 3 коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на один такт, ячейки 4 коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на один такт; ячейки 5 коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на два такта; ячейки 6 коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на два такта; ячейки 7 коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на три такта; ячейки 8 коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на три такта; дополнительные входные ключи 9 с управляющими входами 9-1...9-7, входные ключи 10, дополнительные выходные ключи 11 с управляющими входами 11 -1...11-6; выходные ключи 12; вход 13 активного фильтра; выход 14 активного фильтра, блок 15 управления.

Ячейка 2 имеет вход 2-1, выход 2-2, два управляющих входа 2-3 и 2-4 и содержит восемь ключей 2-5...2-12 и два коммутируемых конденсатора 2-13 и 2-14. Ячейка 3 имеет вход 3-1,выход 3-2, два управляющих входа 3-3 и 3-4 и содержит четыре ключа 3-5...3-8 и два коммутируемых конденсатора 3-9 и 3-10. Ячейка 4 имеет вход 4-1, выход 4-2, два управляющих входа 4-3 и 4-4 и содержит восемь ключей 4-5...4-12 и два коммутируемых конденсатора 4-13 и 4-14, Ячейка 5 имеет вход 5-1, выход 5-2, три управляющих входа 5-3, 5-4 и 5-5 и содержит щесть ключей 5-6...5-11 и три коммутируемых конденсатора 5-12...5-14. Ячейка 6 имеет вход 6-1, выход 6-2, три управляющих входа 6-3, 6-4 и 6-5 и содержит двенадцать ключей 6-6...6-17 и три коммутируемых конденсатора 6-18...6-20.

Ячейка 7 имеет вход 7-1, выход 7-2, четыре управляющих входа 7-3...7-6 и содержит восемь ключей 7-7...7-14 и четыре коммутируемых конденсаторов 7-15...7-18. 5 Ячейка 8 имеет вход 8-1, выход 8-2, четыре управляющих входа 8-3...8-6 и содержит шестнадцать ключей 8-7...8-22 и четыре коммутируемых конденсатора 8-23...8- 26.

Блок 15 управления имеет выходы 15-1... 15-9, первый вход 15-10, второй вход 15- 11 и содержит первый распределитель 16 импульсов, состоящий из элементов И 16-1 и 16-2, второй распределитель 17 импульсов, состоящий из элементов И 17-1...17-3, тре5 тий распределитель 18 импульсов, состоящий из элементов И 18-1...18-4, первый регистр 19 сдвига, имеющий выходы 19-1... 19-2, второй регистр 20 сдвига, имеющий входы 20-1...20-3, третий регистр 21 сдвига, имеющий выходы 21 -1...21-4, и блок 22

0 ввода, состоящий из элементов ИЛИ 22-1... 22-3, имеющих выходы соответственно 22-4...22-6.

Активный фильтр работает следующим образом.

5 Передаточная функция активного фильтра имеет вид

Н(7 Ci + C2Z: ±CaZ-±...±CnZ - C,±C2Z ±Qr ±...±C.

0„ ,,, .

где L,...,Ln - коэффициенты полинома числителя передаточной функции; С ,...,С,1 - коэффициенты полинома знаменателя передаточной функции.

2 Коэффициенты C|...Cn формируют ячейки 2...8, подключенные с помощью дополнительных входных ключей 9 и входных ключей 10 во входную цепь операционного усилителя 1. Коэффициенты С...Сп формируют ячейки 2...8, подключаемые с помощью

0 дополнительных выходных ключей 11 и выходных ключей 12 в выходную цепь операционного усилителя 1.

Предположим, что во входной цепи операционного усилителя 1 включены в работу ячейки 2, 4, 5 и 8, а в выходной цепи - ячейки 2, 3, 6 и 7. Это значит, что соответствующие входные, дополнительные входные, выходные и дополнительные входные ключи 9-12 замкнуты благодаря наличию на управляющих входах 9- 1, 9-3, 9-4,

0 9-7, 11 - 1, 11-4 и 11-5 разрещающих сигналов, подаваемых извне.

На первый вход 15-10 блока 15 управления поступают тактовые импульсы от внещ- него генератора (фиг. 6а), а на второй вход 15-11 блока 15 управления посту5 пает от внешнего устройства импульс ввода (фиг. 66) для определения начала работы фильтра. Последний тактовый импульс, передний фронт которого попал в строб импульса ввода, определяет момент времени

5

t О (фиг. 6). По этому тактовому импульсу в момент времени t О формируются управляющие импульсы (фиг. бе, д, ж) на выходах 15-1, 15-3 и 15-6 блока 15 управления. При этом замыкаются ключи 2-6, 2-7, 2-9 и 2-12 ячейки 2 (фиг. 2), ключи 3-5 и 3-8 ячейки 3, ключи 4-5, 4-7 и 4-12 ячейки 4, ключи 5-6, 5-9 ячейки 5 (фиг. 3), ключи 6-6, 6-8, 6-11 и 6-13 ячейки 6, ключи 7-7 и 7-10 ячейки 7 (фиг. 4), ключи 8-7, 8-9, 8-12 и 8-14 ячейки 8. В это время во входной цепи коммутируемые конденсаторы 2- 14, 4-13, 5-12 и 8-23 заряжаются до напряжения на входе 13 Ui3(0), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах 4-13, 5-12 и 8-23 запоминается. В выходной цепи заряжаются коммутируемые конденсаторы 2-14, 3-9, 6-18 и 7-15 до напряжения на выходе 14 Uii(0), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах 3-9, 6-18 и 7-15 запоминается. Для простоты рассуждений считают, что до начала работы фильтра напряжение на всех конденсаторах равно нулю.

Таким образом, на выходе 14 в момент времени t О напряжение определяется отношением емкостей конденсаторов 2-14 во входной цепи и в выходной цепи 10. Уравнение для зарядов относительного интегрирующего входа операционного усилителя 1 следующее:

С2-14и,з(0) C2-,4U|4(0),

где со штрихом обозначены емкости конденсаторов в выходной цепи связи.

В следующий момент времени t 1 (фиг. 6) по второму тактовому импульсу формируются управляющие импульсы (фиг. 6г, е, з) на выходах 15-2, 15-4 и 15-7 блока 15 управления. При этом замыкаются ключи 2-5, 2-8, 2-10, 2-11 ячейки 2, ключи 3-6, 3-7 ячейки 3, ключи 4-6, 4-8, 4-9 и 4-11 ячейки 4, 5-8 и 5-11 ячейки 5, ключи 6-10, 6-12, 6-15 и 6-17 ячейки 6, 7-9 и 7-12 ячейки 7, ключи 8-11, 8-13, 8-16 и 8-18 ячейки 8. В это время во входной цепи коммутируемые конденсаторы 2-13, 4-14, 5-13 и 8-24 заряжаются до напряжения на входе 13 Ui.3(l), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах 4-14, 5-13 и 8-24 запоминается, а коммутируемые конденсаторы 2-14 и 4-13 (фиг. 2) разряжаются; первый на общую щину, а второй на инвертирующий вход операционного усилителя 1 с изменением полярности обкладок, заряженных в момент времени t 0. В выходной цепи связи в этот момент времени (t 1) заряжаются коммутируемые конденсаторы 2-13, 3-10, 6-19 и 7-16 до напряжения на выходе 14 U|4(l), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах 3-10, 6-19 и 7-16 запоминается, а коммутируемые конденсаторы 2-14 и 3-9

разряжаются: первый на общую щину, а второй на инвертирующий вход операционного усилителя 1, но без изменения полярности обкладок, заряженных в момент вре- мени t 0.

Уравнение для зарядов в момент времени t 1 следующее:

C243U,3(,3(0)-(C2-I3U|4(U + + C3-9U|4(0).

в момент времени t 2 уравнение для зарядов имеет вид

C2-MU|3(2)-C4-|4U|3(1)+C5-I2U|3(0) - a-|4U|4(2)+C3-,oUu(l)-C6-,8Uu(0)

Уравнение для зарядов в момент времени t 3 имеет вид

С2мзи,з(3)-С4-,з(2)+С5чзи,з(1)-C8.23U,3(0)-(C2-,3U|4(3)+C,UU|4(2)-C6-:9U|4(l)+C7-i5Ui4(0)l.

Далее процесс повторяется. Для момента времени t п уравнение имеет вид

С2и,з(п)-C4U,3(n-l)+C5U,3(n-2)-CjUi3(n-3),4(n)+C,;Ui4(n-l)- -C6U,4(n-2)+C7Ui4(n-3)

при условии, что во входной цепи €2-13 C2-U С2; Сз-9 Сз-1о Сз; С4-1з

C4-I4 Ct , С5-12 CS-LJ Cs; Сб-18 Cfy|9

Сб-2о Се; Cy-is Cj-ie

C8-23 C8-24 C8-25 C8-26 C8, a В ВЫХОДНОЙ цепи C2-13 C2 14 C2, C,3-9 Сз-10 Сз, C4-I3 C4-I4 C4; €5-12 C5-13 €5-14

GS; Сб-18 Q-19 Сб-2о Ce; C 15

Cy-ie CT-I Cy-IS C/; C8-23 C8-25

C8-26 C8, т.е. емкости конденсаторов, входящих в одну ячейку, равны.

Выражение (1) можно записать в Z-об- ласти

V,3(Z) ,Z + ,Z -Vu(Z) С 2+С з2-С ,,2-,

откуда передаточная функция фильтра будет иметь вид

11/7 С2-CtZ. -j-CsZ -CsZ

С2+Сз7- -Сб +С7Г

50

Формула изобретения

Активный фильтр, содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом активного фильтра, а неинвертирующий вход соединен с общей шиной, п -f- 1 входных ключей, где п - порядок активного фильтра, выходы которых объединены и соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, п выходных ключей, входы которых объединены и соедийены с инвертирующим входом операционного усилителя и 2п + 1 коммутируемых конденсаторов, отличающийся тем, что, е целью повышения точности активного фильтра за счет уменьшения количества пере- :1апи(;ей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции, введены первая и вторая ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, 2п ячеек коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на i тактов, где i 1, 2,...,,п, 2п ячеек коммутируемых конденсаторов с инвентиро- ванием и задержкой сигнала на i тактов, 2п + 1 дополнительных входных ключей, входы которых объединены и являются входом активного фильтра, а выход каждого 1-го дополнительного входного ключа соединен через соответствуюш,ую ячейку коммутируемых конденсаторов с входом i-ro входного ключа, 2п дополнительных выходных ключей, выходы которых объединены и соединены с выходом операционного усилителя и выходом второй ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, вход которой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а вход каждого i-ro дополнительного выходного ключа соединен через соответствующую ячейку коммутируемых конденсаторов с выходом i-ro выходного ключа, и блок управления, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами ячеек коммутируемых конденсаторов, первый вход блока управления является входом тактовых импульсов активного фильтра, а второй вход является входом запуска блока управления, причем управляющие входы i-x входных и -X дополнительных входных ключей, а также i х выходных и i-x дополнительных выходных ключей попарно объединены и являются управ- ЛЯЮ1ЦИМИ входами активного фильтра, а первая и вторая ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала содержат первый и второй последовательно включенные ключи, третий и четвертый последовательно включенные ключи, пятый и щестой последовательно включенные ключи, седьмой и восьмой последовательно включенные ключи, при этом входы первого и пятого ключа объединены и являются входом ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, выходы четвертого и восьмого ключей объединены и являются выходом ячей0

5

0

5

0

5

0

5

ки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, входы третьего, седьмого и выходы второго и шестого ключей соединены с общей шиной, управляющие входы второго, третьего, пятого и восьмого ключей объединены и являются первым управляющим входом ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, управляющие входы первого, четвертого, шестого и седьмого ключей объединены и являются вторым управляющим входом ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, между выходом первого и третьего ключей включен первый коммутируемый конденсатор, второй коммутируемый конденсатор включен между выходом пятого и седьмого ключей, а каждая ячейка коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на i тактов содержит I -|- 1 параллельно включенных ветвей, каждая из которых состоит из j-ro и (j + l)-ro, где j 1, 2,..., (2i-(-2), последовательно включенных ключей, общая точка соединения которых подключена через 1-й коммутируемый конденсатор с общей щиной, а управляющий вход каждого (2j-1)-го ключа объединены с управляющим входом ( 4-2) -го ключа, управляющий вход (2i +1)-го ключа объединен с управляющим входом второго ключа, при этом управляющие входы ключей являются управляющими входами ячейки коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на i тактов, каждая ячейка коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на i тактов содержит (4i4-4) ключей, причем входы (4К-3)-х, где (, 2,...,(4J+4), объединены и являются входом ячейки коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на i тактов, выходом которой являются объединенные выходы 4К-х ключей, выход каждого (4К-3)-го ключа и вход (4К-2)-го ключа объединены и соединены через i-й коммутируемый конденсатор с объединенными входом (4К-1 )-го и выходом (4К-1)-го ключей, вход которого, а также выход каждого (4К-2)-го ключей соединены с общей шиной, а управляющие входы каждого (4К-3)-го, (4К-1)-го, (4К+2)-го и (4K-j-4)-ro ключей, а также управляющие входы (4i-|-l)-ro, (4i-j-3)-ro, второго и четвертого ключей объединены и являются управляющими входами ячейки коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на i тактов.

2-1

-}

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности активного фильтра за счет уменьшения количества перезаписей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции (ПФ) Активный фильтр содержит операционный у-ль 1, ячейки 2 коммутируемых конденсаторов (КК) без задержек сигнала, ячейки 3, 5 и 7 КК с задержкой сигнала соответственно на один, два и три такта, ячейки 4, 6 и 8 КК с инвертированием и задержкой сигнала соответственно на один, два и три такта, входные ключи 9 и 10, выходные ключи 11 и 12 и блок управления (БУ)15. При формировании ПФ активного фильтра коэффициенты полинома числителя ПФ формируют ячейки 2-8, подключенные с гюмошью входных ключей 9 и 10 во входную цепь операционного у-ля I, а коэффициенты полинома знаменателя ПФ формируют ячейки 2-8, подключаемые с помощью выходных ключей II и 12 в выходную цепь операционного у-ля 1. 6 ил. -W 5-Г7 С S (Л со оо

г-ij

д

z-g

31 z-3 h-rH г дан

Фиг Z

п

15-ю 15-П

15-3 П

П

75-5-Л

75-7П

Пп

п

п

п

п

П

гт

п

Составитель С. Музычук

Редактор А. ШандорТехред И. ВересКорректор С. Черни

Заказ 1849/55Тираж 902Подпнсное

ВНИИПИ Государственного комип та СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Л осква. Ж .45, Раушская наб., д. 4/5 Пp()извoдcтвeннo-пo.чигpaфичecк(JC предприятие, г. Ужгород, у.ч. Проектная, 4

Фиг.6