Синхронный фильтр Советский патент 1990 года по МПК H03H19/00 

I-- 3

(Л

с

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - уменьшение шумов коммутации. Синхронный фильтр содержит интегрирующую цепь 1, усилитель 2, ключи 4 - 7, инвертор 10, распределитель 11 импульсов и N параллельных цепей, каждая из которых состоит из конденсатора 8 и ключа 9. Цель достигается введением инвертирующего усилителя 3, с помощью которого на конденсаторе интегрирующей цепи 1 восстанавливается инвертированное значение заряда, накопленного в предыдущем периоде, что позволяет спектральным линиям шума оказаться вне полосы пропускания фильтра. 3 ил.

; i

L.d

W

S.

8

п

СП

О

9,

Л

9,

& 9

N

со со

Фив. 1

Изобретение относится к измери- ельной технике и может быть исполь- $овано в устройствах частотной селекции электрических сигналов.

Цель изобретения - уменьшение шумов коммутации.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема синхронного фильтра; на фиг. 2 - эгаоры напряжений на выходе распределителя импульсу ов; на фиг. 3 - амплитудно-частотные характеристики синхронного фильтра.

Синхронный фильтр содержит интегрирующую цепь 1, усилитель 2, инвер- ирующий усилитель 3, первый ключ 4, Итерой ключ 5, третий ключ 6S четвертый ключ 79 N параллельных цепей, каждая из которых содержит конденсатор 8 и ключ 9, инвертор 10 и распределитель 11 импульсов,

Синхронный сЪильтр работает следу- образом.

Рассмотрим вначале работу фильт15611994

i равна полному циклу коммутации ключей. Роль сумматора играет конденсатор интегрирующей цепи 1. Частотная характеристика рециркулятора является гребенчатой, описывается соотношением

A(w)

1

10

/1 -2/3 coswT + /3

15

20

где Т - временная задержка;

р - коэффициент, зависящий от величины накопления за один цикл.

Из-за неидентичности параметров (электронных) ключей 9, а также влияния управляющих импульсов конденсаторы 8 случайным образом подзаряжаются. Появляется шум коммутации, период которого равен полному циклу коммутации, а спектральные линии шума (фиг. 2а) расположены точно на резонансных частотах фильтра. Аддира при отсутствии инвертирующего yen- 25 тивно складываясь с полезным сиг4ителя 3. Ключи 91 - 9 работают по- о чередно и раздельно во времени (фиг. Зв-д) . Одновременно с открывэ1

ием одного из ключей, например 9

Г

открываются третий и четвертый ключи 6 и 7 (фиг. За). Конденсатор входной Интегрирующей цепи 1 через усилитель 2, работающий в режиме повторителя,, подключается к конденсатору 8, и напряжение на нем быстро становится равным напряжению на этом конденсаторе. После этого третий и четвертый 6 и 7 закрываются, а первый и второй ключи 4 и 5 открываются и остаются открытыми до конца включенного состояния ключа 9 .

В течение этого времени интегрирующая цепь 1 накапливает напряжение входного сигнала. После запира- нИя ключа 9.J открываются ключ 9, а также третий и четвертый ключи 6 и 7, я процесс повторяется. Если период полного цикла коммутации ключей 9 { - 9 совпадает с периодом входного сигнала, то процесс восстановления на конденсаторе ранее накопленного напряжения совпадает по фазе с входым сигналом и происходит его эффективное накопление. Если параллельных ветвей достаточно много, то указанная схема эквивалентна рецир- кулятору, который представляет собой сумматор, охваченный обратной связью через линию задержки. Здесь задержка

30

налом, шумы коммутации существенно уменьшают динамический диапазон известного фильтра.

Работа предлагаемого фильтра ничем не отличается от работы известного, за исключением того, что на конденсаторе интегрирующей цепи вос станавливается инвертированное знач ние заряда накопленного в предыдущем периоде. Введен инвертирующий 35 усилитель 3. При этом на частоте переключения ключей 9 уже не будет эффективного накопления, так как в каждом такте сигнал вычитается из ранее накопленного. Это справедливо также и для всех частот, кратных ча тоте коммутации. Эффективное накопление происходит, в частности, для сигнала с частотой, равной половине частоты коммутации. Это подтверждается тем, что частотная характеристика рециркулятора при наличии инвертирования в цепи обратной связи описывается соотношением

40

45

50

A(w)

1

2/jcoswT +02

55

Она сдвинута вверх по оси частот на величину w /2 (фиг. 26). Лоскол ку условия коммутации не изменяются то спектральные линии шума остаются на месте и оказываются вне полосы пропускания фильтра. Благодаря этом шумы коммутации подавляются самим

A(w)

1

10

/1 -2/3 coswT + /3

5

0

где Т - временная задержка;

р - коэффициент, зависящий от величины накопления за один цикл.

Из-за неидентичности параметров (электронных) ключей 9, а также влияния управляющих импульсов конденсаторы 8 случайным образом подзаряжаются. Появляется шум коммутации, период которого равен полному циклу коммутации, а спектральные линии шума (фиг. 2а) расположены точно на резонансных частотах фильтра. Аддитивно складываясь с полезным сиг

налом, шумы коммутации существенно уменьшают динамический диапазон известного фильтра.

Работа предлагаемого фильтра ничем не отличается от работы известного, за исключением того, что на конденсаторе интегрирующей цепи восстанавливается инвертированное значение заряда накопленного в предыдущем периоде. Введен инвертирующий усилитель 3. При этом на частоте переключения ключей 9 уже не будет эффективного накопления, так как в каждом такте сигнал вычитается из ранее накопленного. Это справедливо также и для всех частот, кратных частоте коммутации. Эффективное накопление происходит, в частности, для сигнала с частотой, равной половине частоты коммутации. Это подтверждается тем, что частотная характеристика рециркулятора при наличии инвертирования в цепи обратной связи описывается соотношением

50

A(w)

1

2/jcoswT +02

Она сдвинута вверх по оси частот на величину w /2 (фиг. 26). Лосколь ку условия коммутации не изменяются, то спектральные линии шума остаются на месте и оказываются вне полосы пропускания фильтра. Благодаря этому шумы коммутации подавляются самим

фильтром и по сравнению с известными синхронными фильтрами их влияние уменьшается на несколько порядков. Что касается требований к постоянной, времени интегрирующей цепи 1, то для нормальной работы фильтра достаточно, чтобы она была намного больше времени цикла коммутации Т, В этом случае фильтр будет узкополосным.

Формула изобретения

Синхронный фильтр, содержащий последовательно соединенные интегрирующую RC-цепь, первый ключ, усилитель и второй ключ, третий и четвертый ключи N параллельных цепей, казгдая из которых состоит из последовательно соединенных конденсатора и ключа, причем первые выводы конденсаторов объединены и являются выходом сияа

А

№„

ajo 2

}«. {«. I

Фиг.2

61199

10

хронного фильтра, а вторые выводы ключей N параллельных цепей соединены с общей шиной, управляющие входы ключей N параллельных цепей соединены с соответствующими выходами распределителя импульсов,(N+1 )-й выход которого соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей, а с управляющими входами первого и второго ключей - через инвертор, вход усилителя через третий ключ соединен с выходон второго ключа, а вход четвертого ключа соединен с выходом интегрирующей RC-цепи, вход которой является входом синхронного фильтра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения шумов коммутации, между выходом четвертого ключа и вхо- 20 Дом второго ключа включен инвертирую- щий усилитель.

15

Jw,

4u(

(л)

Т

Т

i

2

Ъ Ш0

W

Д il П О И П П И И П П j

Та

Шппппппппппг

I I

I I т

-н-

1

I

Q

П

. Фиг. 5

Q

П

t

П