Синхронный режекторный фильтр Советский патент 1988 года по МПК H03H19/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах частотной селекции.

Цель изобретения - уменьшение помех дискретизации.

Ма фиг. 1 приведена принципиальная схема синхронного режекторного фильтра; на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Синхронный режекторный фильтр содержит операционный усилитель 1, резистор 2, конденсатор 3, первый аналоговый коммутатор 4, N накопительны конденсаторов 5, распределитель им- пульсов 6, интерполятор 7, содержащи цифроаналоговый преобразователь 8, первый вычитатель 9, второй вычита- тель 10, сумматор 11 и второй анало- говьй коммутатор 12.

Синхронный режекторный фильтр работает следующим образом.

На выходах распределителя импульсов 6 вырабатываются импульсы с частотой f, которая связана с частотой режекции f - следующим соотношением

fc Nfo

На выходах распределителя импульсов 6 формируются импульсы управлени первым аналоговым коммутатором 4, который последовательно на время At l/Nf(j подключает накопительные конденсаторы 5 через параллельно соединенные резистор 2 и конденсатор 3 к выходу операционного усилителя 1. Если частота входного сигнала совпадает с частотой fjj, то после многократного подключения на накопительных конденсаторах 5 устанавливаются напряжения 5 равные среднему значению сигнала с частотой f,, в течение соответствующего такта.

При синусоидальном входном сигнале с частотой fp на первом входе ин- терполятора 7 формируется ступенчатое напряжение, амплитуды спектральных составляющих которого равны

,., . N . fK 1 bk A.-jj .sin - cos :,

где K aN+1, a 0,1,2...

Назначение интерполятора 7 - сгла-n дить ступеньки и уменьшить амплитуды спектральных составляющих с К 1.

На фиг. 2 приведены эпюры напряжения , поясняющие принцип работы устройства (на фиг. 2а - входной синусо

идальный сигнал VjyCt), на фиг. 26 - ступенчатый сигнал на первом входе интерполятора 7 V(t), на фиг. 2в - вспомогательный сигнал, формируемый интерполятором 7 V,(t), на фиг.2г- выходной сигнал интерполятора Vj(t), причем

VjCt) V, (t) )

Таким образом, выходной сигнал ) формируется посредством кусочно-линейной аппроксимации входного сигнала. Можно применить также и кусочно-линейную аппроксимацию.

На каждом i-м участке выходной сигнал интерполятора 7 равен

v,i (О - V., ,,„ . t.

- среднее значение входна (i-j)-oM участке его

bxi- Vgx(.,,,

foN

i

fc

О 5 0

5

0

в установившемся режиме Vgj.

В выходном сигнале интерполятора также присутствуют только гармоники К ° iN+1, где i О, 1 , 2,. ..

Амплитуды этих гармоник равны

utr N , . Кf ,N

ЬК (± csin cos N ± %

. « , 1Гк . if ff.

X sin ..7N - N

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

В табл.1 и 2 приведены значения спектральных коэффициентов для устройства без интерполятора (Ь) и с интерполятором (Ь.,) при N 16 и N 32.

Как следует из 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 коммутатора 4, накопительных конденсаторов 5. Конденсатор 3 уменьшает коммутационные помехи. На управляющие входы первого аналогового коммутатора 4 подаются управляющие сигналы из распределителя импульсов 6, При поступлении на его вход импульсов с частотой fc коммутатор последовательно подключает к резистору 2 конденсаторы 5. В, установившемся режиме в точке соеди- 1&ния резистора 2 и выхода первого аналогового коммутатора А формируется ступенчатый сигнал V. (фиг. 26).

Интерполятор 7 реализован на вто- ром аналоговом коммутаторе 12, цифро- аналоговом преобразователе 8, вычи- тателях 9 и 10 и сумматоре 11. Управляющие входы коммутаторов Д и 12 объ- единены, выходы подключены к первому вычитателю 9, а входы подключены к конденсаторам 5 со сдвигом, так, что, например ,. первый конденсатор 5 подключен К .первому и второму входам коммутаторов 4 и 12, второй конденсатор 5 - к второму входу коммутатора 4 и третьему входу коммутатора 12 и т.д. Таким образом, в каждом i-м такте выход коммутатора 4 подключен к i-му конденсатору 5 а выход коммутатора 12 - к (i-l)-My конденсатору. Сигнал на выходе первого вычитателя 9 равен

4V;

i V.:

1-1

Этот сигнал подается на аналоговый вход перемножающего цифроанапогового преобразователя 8 и на вход второго вычитателя 10. Цифроаналоговым преобразователем 8 осуществляется формирование ступенчатого возрастающего или убьшающего напряжения (в зависимости от знака V ;), Амплитуда этого напряжения равна ЛV , (фиг. 2в) . Число ступенек m на каждом участке определяется исходя из заданной погрешности дискретизации кусочно-линейного сигнала, а максимальные значения m зависят от быстродействия цифроанйло- гового преобразователя, периода частоты режекции и числа накопительных конденсаторов N. Если, например, fp 50 Гц, N 64, дпительность такта, в течение которого происходит заряд подключаемого к коммутатору соответствующего конденсатора, равна

At -г-гг 312,5 мкс о

Если применяется, например,- цифро- аналоговый преобразователь типа 572ПА1А, у которого время установления t N|cT 5 МКС, то

t

t уст

.J

62,5

Для рассматриваемого примера можно выбрать N1 64. Второй вычитатель 10 осуществляет сдвиг однополярного ступенчато-линейного напряжения на 1/2 ,3V| 5 за счет чего оно преобразу™ ется в двуполярное (фиг. 2) напряжение Vg. Сумматор 11 суммирует на пряжения V и V н на его выходе фор мируется кусочно-линейное напряжение помехи V. Это напряжение подается на вычитающий вход операционного усилителя I и вычитается из выходной смеси сигнала и помехи. Частота сигнала синхронизации f определяется заданной частотой режекцик числом накопительных конденсаторов N, числом формируемых цифроаналоговьш преобразователем ступенек в течение заряда накопительного конденсатора.

fc

f,N

В качестве распределителя импз ль- сов 6 применяется счетчик, его младшие К разрядов подключйются к цифровым входам цифроаналогового преобразователя В, а старшие j разрядов - к управляющим входам крыьгутаторов 4 . и 12.

Недостатком синхронных режекторных фильтров является наличие в спектре выходного сигнала высших К-х гармо , ник, причем К , Амплитуды этих гармоник равны

rvи к

ьк

А N . 11К| . N . // 1

°W

где

AoN

sin

n/N,

А. амплитуда

5

0

5

входного сигнала. Как следует из табл. 1 и 2,, значения Ь | значительны. Например, 15-я гармоника составляет 6,5% от А,.,. Для подавления модуляционных помех на выходе режектор- ных фильтров необходимо включить фильтр нижних частот.

Применение традиционных синхронных фильтров связано с необходимостью включения на их выходе фильтров Hi-гж- них частот для подавления помех, обусловленных преобразованием синхронным фильтром входного непрерывкого сигнала в ступеш татый. За счет этого частотный диапазон устройства, в котором используется синхронный фильтр, сокращается, поскольку максимальная

51Д13699

не может превышать fo(N-l), частота режекции.

енение фильтра нижних частот о порядка приводит также к тельным искажениям амплитудно- ой и особенно фазо-частотной ристики устройства.

следует из табл. и 2, приметерполятора уменьшает уровень|Q К раз с номерами гармоник 1 (кoэффициeнtы ) . При К 31, Ь{ 0,001. Такую .большинстве случаев можно вать и поэтому не требуется ие фильтров нижних частот на инхронного режекторного филь

15

ли ст го вы ет го с по ля ин ус ля го да те со ло ин хо ра вх ра ин до ло ро пе пр го до к вы вт ми и то хо

Ф Ормула изобретения

i Синхронный режекторный фильтр, содержащий операционный усилитель, резистор, конденсатор, первый аналого- вЬЙ коммутатор, распределитель им- пульсов 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 соединены с выходом первого аналогового коммутатора, каждый из N-входов которого соединен с первым выводом соответствующего накопительного конден- сатора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, выходы распреде

Q

5

0

5 5

0

лителя импульсов соединены с соответствующими, управляющими входами первого аналогового коммутатора, причем выход операционного усилителя является выходом синхронного режекторного . фильтра, отличагощий- с я тем, что, с целью уменьшения помех дискретизации, вреден интерполятор, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, к первому входу интерполятора подключен первый выход первого аналогового коммутатора, к N вьпсо- дам которого подключены N входов интерполятора, i-й вход интерполятора соединен (i-l)-M входом первого аналогового 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-с рого являются входами интерполятора, первый вьгчитатель, цифроаналоговый преобразователь, первый вход которого является вторым управляющим входом интерполятора, второй вычитатель, к второму входу которого подключен- выход первого вьтитателя, и сумматор, второй вход которого подключен к суммирующему входу первого вычитателя и является первым входом интерполятора, выходом которого является выход сумматора.

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

Таблица 1

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

Ik

Pjfe Чк

0,99 0,001; 0,0099 0,00025 .0,00023 32 33 63 65

14136998

Таблица 2

Фиг./

фае.2