Дискретно-аналоговый фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H19/00 

.напряжений, следующих друг за другом с задержкой, равной длительности тактового импульса, и включакш1их соответствующие ключи. Каждому импульсному напряжению соответствует такт решения устройства. Фильтрация входного сигнала обеспечивается за счет того, что он является дискретно-аналоИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной коррекции в устройствах управления, автоматике и связи.

Цель изобретения расЕИрение функциональных возможностей и повышение точности формирования передаточных функций.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема дискретно-аналогового фильтра; на фиг. 2 - временные диаграммы выходных напряжений блока управления на фиг. 3 - таблица, содержащая порядок и содержание выполняемой операции.

Дискретно-аналоговый фильтр состоит из первого 1 и второго 2 входных ключей, операционного усилителя 3, первого 4, второго 5, третьего 6, четвертого 7, пятого 8, шестого 9, седьмого 10, восьмого 11, девятого 12 и десятого 13 резисторов, первого 14, второго 15, третьего 16, четвертого 17 и пятого 18 блоков выборки и .хранения, первого 19, второго 20, третьего 21, четвертого 22, пятого 23, шестого 24, седьмого 25, восьмого -26, девятого 27 и десятого 28 ключей,, первого 29, второго 30, третьего 31 и четвертого 32 элементов ИЛИ, блока 33 управления и инвертора 34,

Дискретно-аналоговый фильтр работает следующим образом.

Блок 33 управления за один цикл работы формирует восемь импульсных напряжений, следующих друг за другом с временной задержкой, равной длительности Т тактового импульса. личие импульса на выходе генератора приводит к включению ключей, которые

говым эквивалентом активного фильтра Второго порядка на интеграторах, В зависимости от того, с какой точки схемы снимается выходное напряжение, устройство может выполнять функции фильтров верхних и нижних частот, полосового фильтра и режекторного (}ильтра. 3 ил.

управляются от него. Каждому импульсному напряжению соответствует свой такт решения устройства. Последова- - тельность и содерх ание выполняемой

операции в каждом такте решения и номера включенных ключей приведены в таблице на фиг. 3.

Первый тактовый импульс, поступающий с пятого выхода блока 33 управления,включает шестой выходной ключ 24 и подключает выход первого блока 14 выборки и хранения к пятому резистору 8. Сигнал лог. I на выходе инвертора 34 включает второй входной

ключ 2 и подключает неинвертирукщий вход операционного усилителя 3 к шине нулевого потенциала. Кроме того, первый тактовый импульс поступает на третий вход первого элемента ИЛИ 29

:и с его выхода на управлякщий вход третьего блока 16 выборки и хранения, обеспечивая заряд запоминающего конденсатора-до напряжения, равного напряжению на выходе операционного усилителя 3. Это напряжение рассчитыва- .ется по формуле

Rg

Uc и

-и

ЗЭ,

к, -и„|1,(1)

где и.

и,

зэ,

напряжение на выходе операционного усилителя 3; напряжение на выходе первого блока выборки и хранения;

коэффициент переда чи по входу шесть;

напряжение на запоминающем конденсаторе С,

Блоки выборки и хранения обеспечи- Ьают повторение напряжения на конденсаторе на его выход с коэффициентом передачи +1. Поэтому напряжение на

К.

и.

выходе третьего блока 16 выборки и хранения, формируемое в первом такте работы устройства, можно записать следующей формулой

зэ, К,.

(2)

После окончания первого такта работы устройства импульс напряжения с пятого выхода блока 33 управления заканчивается, шестой выходной ключ 24 выключается, входной ключ 2 остается включенным, выключается ключ третьего блока 16 выборки и хранения запоминающего элемента, но напряжени на его выходе остается неизменным.

Следом за первым тактовым импульсом с шестого выхода блока 33 управления поступает второй тактовый импульс, который включает первый входной ключ 1 и подает входной сигнал с входа устройства на инвертирующий вход операционного усилителя 3, включает седьмой 25 и восьмой 26 выходные ключи, проходя через четвертый элемент ШШ 32 и тем самым подключая выходы второго 15 и третьего 16 блоков выборки и хранения соответственно к седьмому 10 и восьмому 11 резисторам. Кроме того, второй тактовый импульс поступает на управляющий вход четвертого 17 выборки и хранения, обеспечивая запись напряжения на его выходе, которое рассчитывается по формуле

(3)

Uj94 Uftx -Ujg,-K, ,

.

R

К

Я1

R

10

К,

е Kj

- - коэффициенты передачи.

Rfi

После окончания второго такта работы устройства напряжение на выходе Четвертого блока 17 выборки и хранения не изменяется.

При поступлении с седьмого выхода блока 33 управления третьего тактового импульса включается четвертый выходной ключ 22 и подключает выход первого блока 14 выборки и хранения, к третьему резистору 6. Неинвертиру- киций вход операционного усилителя 3 через второй входной ключ 2 остает- ся подключенным к общей шине. Кроме того, третий тактовый импульс поступает на управляющий вход третьего блока 1 б выборки и хранения через

первый элемент ШМ 29 и обеспечивает запись нового напряжения на выходе третьего блока 16 выборки и хранения, рассчитываемого по формуле

и., -и,, - К, ,- (4)

Зэ,

ЕЗ

зэ,

где Kj - - - коэффициент переда- К / чи.

Четвертый тактовый импульс, поступающий с восьмого выхода блока 33 управления, включает седьмой 25, восьмой 26 и девятый 27 выходные ключи, подключая на соответствующие резисторы выходные сигналы второго 15, третьего 16 и четвертого 17 блоков выборки и хранения. Второй входной ключ 2 остается включенным, а также включается ключ пятого блока 18 выборки и хранения и на его выходе устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле

0 5 0

0

UBS 5 -и

где К 6

Si н„

к, зэ

- к

изэз К4 - 6 )

(5)

- коэффициент передачи.

Пятый тактовый импульс, поступающий с первого выхода блока 33 управления, включает первый 19 и десятый 28 выходные ключи, подключая выход первого блока 14 выборки и хранения к десятому резистору 13, а выход четвертого блока 17 выборки и хранения т к четвертому резистору 7, Второй входной ключ 2 остается включенным,- .. а также включается ключ третьего блока 16 выборки и хранения через первый элемент ИЛИ 29 и на его выходе устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле

и.

и..

зэ.

- зэ, -К,,

(6)

Re

- коэффициент передачи.

зэз где К, р

Шестой тактовый импульс, поступающий с второго выхода блока 33 управления через второй элемент ИЛИ 30, включает третий выходной ключ 21 и подключает выход третьего блока 16 выборки и хранения к десятому резистору 13. Этот импульс, проходя через третий элемент ИЛИ 31 и инвертор 34, выключает второй входной ключ 2. Шестой тактовый импульс поступает также на управляющий вход первого блока 14 выборки и хранения и на его выходе устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле

и

33;

(7)

Коэффициент передачи операционного усилителя 3 в данном такте равен + 1, так как он включен повторителем напряжения.

Седьмой тактовый импульс, поступающий с третьего выхода блока 33 управления, включает второй 20 и пятый 23 выходные ключи, подключая выход второго блока 15 выборки и хранения к десятому резистору 13, а выход первого блока 14 выборки и. хранения - к четвертому резистору 7, Второй входной ключ 2 в седьмом такте включается. Также включается ключ третьего блока 16 выборки и хранения через первый элемент ИЛИ 29 и на выходе

третьего блока 16 выборки и хранения устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле

и

J9,

- и

Зэ,

К,

(8)

Восьмой тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 33 управления, включает третий выходной ключ 21 через второй элемент 30 и подключает выход третьего блока 16 выборки и хранения к десятому резистору 13, а проходя через третий элемент ИШ 31, и инвертор 34, выключает второй входной ключ 2, Восьмой тактовый импульс поступает также на управляющий вход второго блока 15 выборки и хранения и на его выходе устанавливается напряжение, ваемое по формуле

25

30

затухание (добротность) ПФ, Б предлагаемом устройстве каждый из параметров фильтра задается соответствующим коэффициентом передачи. Частота квазирезонанса си задается коэффициентом К и периодом Т повторения циклов работы устройства, коэффициенты с - Kj, коэффициент d- К., Коэффициент К задает общий коэффициент передачи фильтра. Коэффициенты К, К ц и К для удобства расчетов равномерного использования диапазона выходных сигналов сумматора 3 выбираются равными - 1,

Амплитудно-частотные характеристики предлагаемого дискретно-аналогового фильтра обладают высокой стабильностью, так как они определяются только точностью коэффициента передачи сумматора и стабильностью частоты повторения цикла работы устройства и не зависят от величины и стабильности емкости конденсаторов блоков 14- 18 выборки и хранения.

35

рассчиты- Формула изобретения

и

53

2

и,

(9

J9,

По окончании восьмого тактового импульса блок 33 управления вновь начинает формировать импульсы, начиная с первого, и работа устройства происходит аналогично описанному в первом цикле работы.

Фильтрация входного сигнала в данном устройстве обеспечивается за счет того, что он является дискретно аналоговым эквивалентом активного фильтра второго порядка на интеграторах, В зависимости от того, с какой точки схемы снимать выходное напряжение, данное устройство может выполнять функции (|ильтра верхних частот (ФВЧ), фильтра нижних частот (ФНЧ), полосового фильтра (ПФ) или режекторнОго фильтра (РФ),

Наиболее сложным из реализуемых данным устройством фильтров является

П435А96

РФ, Его передаточная функ1щя может быть 3аписа} а в следующем виде

р ер + uip

,1 +

ы,

dp

+ w

10)

5

0

5

0

где u}f, частота квазирезонанса;

с - коэффициент, определяюп1ий режекцию (подавление) РФ;

d - коэффициент, определяющий

затухание (добротность) ПФ, Б предлагаемом устройстве каждый из параметров фильтра задается соответствующим коэффициентом передачи. Частота квазирезонанса си задается коэффициентом К и периодом Т повторения циклов работы устройства, коэффициенты с - Kj, коэффициент d- К., Коэффициент К задает общий коэффициент передачи фильтра. Коэффициенты К, К ц и К для удобства расчетов равномерного использования диапазона выходных сигналов сумматора 3 выбираются равными - 1,

Амплитудно-частотные характеристики предлагаемого дискретно-аналогового фильтра обладают высокой стабильностью, так как они определяются только точностью коэффициента передачи сумматора и стабильностью частоты повторения цикла работы устройства и не зависят от величины и стабильности емкости конденсаторов блоков 14- 18 выборки и хранения.

0

5

0

5

Дискретно-аналоговый фильтр, содержащий первый входной ключ, соединенный через первый резистор с инвертирующим входом операционного усилк- теля, второй входной ключ, соединенный через второй резистор с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего блоков выборки и хранения, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходными ключами, к инвертирующему входу операционного уси,пителя подключены третий, четвертый и пятый резисторы, а между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя включен шестой р.езистор, управляющие входы третьего блока выборки и хранения и третьего выходного ключа соответственно соединены с выходами первого и второго элементов ИШ, а их первые входы соответственно соединены с первым и вторым выходами блока управления, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соответственно соединены с третьим и четвертым выходами блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первог выходного ключа, второй выход - Е управляющим входом первого блока выборки и хранения, третий выход - с управляющим входом второго выходного ключа, а четвертый выход - с управляющим входом второго блока выборки и хранения, вход второго входного ключ соединен с общей шиной, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения стабильности формируемых передаточных функций, введены четвертый и пятый блоки выборки и хранения третий и четвертый элементы ИЛИ, чет вертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходные ключи, входы четвертого, пятого и шестого выходных ключей соединены с выходом первого блока выборки и хранения вход седьмого выходного ключа соединен с выходом второго блока выборки и хранения, вход восьмого выходного ключа соединен с выходом третьего блока выборки и хранения, а входы де вятого и десятого выходных ключей соединены с выходом четвертого блока выборки и хранения, вход которого и вход пятого блока выборки и хранения соединены с выходом операционного усилителя, причем выход четвертого выходного ключа соединен с другим выводом третьего резистора, выходы пятого и десятого выходных ключей соединены с другим выводом четверто- го резистора, выход шестого выходного ключа соединен с другим выводом пятого резистора, выходы седьмого, шосьмого и девятого выходных ключей соответственно через введенные седь-

мой, восьмой, девятый резисторы соеинены с инвертируюцц1м входом операионного усилителя, выходы первого, второго и третьего выходных ключей через введенный десятый резистор соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, пятый выход блока управления соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и управляющим входом шестого выходного ключа, шестой выход блока управления соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ и управляющим входом первого входного ключа, седьмой выход блока управления соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИ с управляющим входом четвертого выходного ключа, восьмой выход блока управления соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ и управляющим входом девятого выходного ключа, управляющие входы четвертого и пятого блоков выборки и хранения со- ответственноо соединены с шестым и восьмым выходами блока управления, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ соединены с вторым и четвертым выходами блока управления, выход третьего элемента ИЛИ через введенный инвертор соединен с управ - ляющим входом второго входного ключа, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с управляющими входами восьмого и седьмого выходных ключей, управляющий вход пятого выходного ключа соединён с третьим выходом блока управления, управляющие входы девятого и десятого выходных ключей соответственно соединены с восьмым и первым выходами блока управления, причем выходы первого, второго, четвёртого и пятого блоков выборки и хранения являются соответствующими выходами дискретно - аналогового фильт - ра.

Фиг. 2

(Риг.з

Составитель Ю Чернышев Редактор II, Гереши Техред М.ДидыкКорректор М.Шароши,

4836/56

Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по .делам изобретений и открытий 113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Изобретение относится к радиоэлектронике и обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности формирования передаточных функций. Дискретно-аналоговый фильтр содержит входные ключи 1 и 2, операционный усилитель 3, резисторы 4-13, блоки 14-18 выборки и хранения, выходные ключи 19-28, элементы ИЛИ : 29-32, блок 33 управления и инвертор 34. Блок 33 управления за один цикл работы формирует восемь импульсных сл 00 4;: DO ел со