Фильтр с переключаемыми конденсаторами Советский патент 1990 года по МПК H03H11/12 

31610594

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции радиоприемных устройств.

расширение дина10

25

30

Цель изобретения мического диапазона.

На чертеже показана принпипиальная электрическая схема фильтра с переключаемыми конденсаторами.

Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит первый операционный усилитель 1, второй операционный усилитель 2, первый конденсатор 3, второй конденсатор 4, третий конденсатор 5, ,с четвертый конденсатор 6, пятый конденсатор 7, шестой конденсатор 8 , седьмой конденсатор 9, восьмой конденсатор 10, девятый конденсатор 11, десятый конденсатор 12, первый переключа- 2о тель 13, второй переключатель 14, третий переключатель 15, четвертый переключатель 16, пятьй переключатель 17, шестой переключатель 18 и седьмой переключатель J 9.

Фильтр с переключаемыми конденсаторами работает следующим образом.

Входной информационный сигнал поступает на вход фильтра. Одновременно на управляющие входы переключателей поступает сигнал тактировки в виде бинарной последовательности. При этом управляющие тактовые импульсы, проходящие по паразитным цепям переключателей, воздействуют на инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей 1 и 2 и вызывают появление тактовой помехи на выходе фильтра, а инжектирование заряда из каналов МОП- транзисторов переключателей в седьмой конденсатор 9, шестой конденсатор В и восьмой конденсатор 10 создает постоянное смещение на инвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2, которое передается на выход фильтра. В это же время на неинвертирующие входы первого и второ-, го операционных усилителей 1 и 2 через паразитные цепи шестого и седьмого переключателей 18 и 19 поступают управляющие импульсы и постоянное сме- щение, образующееся за счет инжекции канальных зарядов этих переключателей в девятый конденсатор 11 о При соответствующем выборе номинала девятого конденсатора 11 статическое напряжение, 55 образующееся на неинвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2, равно статическому

35

40

45

0

5

0

со

, 5

5

0

5

напряжению на: их инвертирующих входах . и компенсирует это напряжение, в ре-. зультате чего на выходе фильтра устанавливается нулевое статическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее за счёт инжекции канальных зарядов, но и смещение самих операционных усилителей. Величина девятого конденсатора 11 в зависимости от количества задействованных конденсаторов в схеме составляет 0,5-1,2 восьмого конденсатора. Тактовые импульсы, проходящие через емкостный делитель, образованный паразитными емкостями переключателей и i конденсатором 12, подаются на неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителей 1 и 2 и частично компенсируют паразитные импульсы, проникающие на выход фильтра через ин- вертирующие входы ОУ. Величина десятого конденсатора 12 при этом составляет величину порядка величины чет- . вертого конденсатора 6.

В фильтре с переключаемыми конденсаторами статическое напряжение смещения может быть полностью устранено (скомпенсировано), а уровень тактовой помехи з еньшен на 20-30 дБ; при этом происходит увеличение динамического диапазона обрабатываемых сигналов сверху за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов, причем это увеличение тем значительнее, чем сложнее фильтр, состоящий из биквадратных звеньев предложенной конструкции. Уменьшение уровня тактовой помехи приводит к увеличению динамического диапазона снизу, если фильтр с переключаемыми -конденсаторами применяется без аналогового пост-фильтра.

Передаточная функция в Z-плоскос- ти предложенного устройства имеет вид .

K(Z) - (-2Ks+K )Z + (-К-гК +Кэ)

F+PS+K KS ч-КуК г + TT-KyKg)

где Z CO 2tf;

f - частота, Гц;

Т - период дискретизации, с;

К

Kg К, С7/Сб;

51610594

К. Cg/C ; реключателей

,фильтра с ПК);

К- - C,o/Cg,я я я

1 2

i( Cj/C.;bg.j b - коэффициенты, оп. ,.ределяюшие вид

передаточная функция биквадратного„

частотной харак-

звена в s-плоскости имеет вид

теристики звена,

, V 3.25 + + J.OСвязь между коэффициентами переда s + + Ьд Q точной функции фильтра с переключае. ,,-мыми конденсаторами K(Z) и биквадра тгде S JS1 p/fc - нормированная ком-,,/ мно.

ь ного звена H(s) устанавливается с поплексная частота; ,, „

мощью билинейного преобразования р - комплексная час-

тота (в установившемся режиме 5 - , Z + 1

Р iCO):.гг

,.,.,.Подставляязначение s в выражение

:f. f../. f т частота дискрети-„ -а/ ,

чг г. /для HCs), имеем передаточную функцию

зации. Гц (часто- -±- -.

биквадратногозвена в Z-плоскости та коммутации пе- ,„,-iiJiu Aut.iM

„х„ч т(ао+а,+аг)Z + 2т(ао-а2,)Z + т(ао-а, +аг) + 2m(be-l)Z + m(l + Ьд - b,) /

125 Пользуясь формулами для звена 2-го

ТП II I I 1 II I ИНН

1 + Ьд + Ь,порядка

Приравнивая козффициенты п Z и Q ГГ . о Nbfl, а( свободные члены в выражениях для K(Z) о о ь о b | и H(Z), полагая для упрощения K,Kj, 30 находим коэффициенты биквадратного получаем для коэффициентов фильтра с s-плоскости: переключаемыми конденсаторами:2

ГЙР. ,.Г. 1.5791-10-%

К, 2а,; К, а, - г

Кз т(а,- а, -н а); 35 ь , - 1 .2566 -1 О ; К Ку К Ь,-.

а. Кп . Ь, 1 ,2566-10 -, Формулы, связывающие передаточные i о . ,

функции фильтра с переключаемыми кон- дО Пользуясь формулами, приведенными денсаторами в Z и Р плоскостях, т.е. в таблице, получим:

: формулы для расчета коэффициентов К 0,09856; К, 0.0122; фильтра с ПК по заданным коэффициен- i i , , , , там а и b биквадратного звена, для 4 0,2478; К 0,2478; четырех основных применений фильтра д к О 096 приведены в таблице,

Формула для расчета коэффициентов Выбирая интегрирующие емкости вто фильтра с ПК. грого 4 и четвертого 6 конденсаторов

одинаковыми и равными, например,

Пример. Требуется рассчитать 50 конденсаторов полосового полосовое звено с ПК по следующим па- звена имеет:

раметрам:г 0; Са 9,856 пФ; С. 100 пФ;

1.Центральная частота г.. 1 кГц . ,

2.Добротность Q 10 С 9,86; Cg 24,78 пФ;

3.Коэффициент передачи на резо- .o 24,78 пФ; Cg 100 пФ; нансе К„о 1- с .1.22 пФ.

4.Частота дискретизации (тактиров- Величина девятого конденсатора 1 , ки) f 100 кГц.выбирается равной 0,516 величины шеетого конденсатора 8 для ПФ и ФВЧ и 1,14 величины шестого конденсатора 8 для ФНЧ и РФ. Величина десятого кон,ценсатора 12 выбирается равной (0,5- 1,0) величины четвертого конденсатора 6, В данном примере С,, 12 79 пФ. С 50 пФ.

10

соединены соответственно с первым и вторым выводами шестого конденсатора первый вывод которого соединен с первым выводом седьмого конденсатора, второй вывод которого соединен с подвижным контактом третьего нереключа- теля, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соединены соответственно с вторым выводом первого конденсатора и общей шиной, при этом нормальнр замкнутые контакты четвертого и пятого переключателей соединены соответственно с вьпсоФормула изобретения Фильтр с переключаемыми конденса- . торами, содержащий первый операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующег с J ---,-.-4.1 1- j - AJj -i ijacJnrii i Х5 DJAU

му входу второго операционного усили- дом первого операционного усилителя . теля, инвертирующий вход первого one- и общей шиной, а их нормально разом- .рационного усилителя подключен к пер- BbiM выводам первого, второго и третьего конденсаторов, второй вьшод третьего конденсатора срединен с выходом второго операционного усилителя, с инвертирующим входом которого соединены первые выводы четвертого и пятого конденсаторов, второй вывод четвертого конденсатора;является выхо- 25 диапазона, введены девятый и десятый дом фильтра с переключаемыми конден- конденсаторы, шестой и седьмой пере- .саторами, входом которого являются ключатели, подвижные контакты которых вторые выводы первого и пятого кон- соединены соответственно с Ч1ервым и денсаторов, а вторые выводы четверто- вторым выводами девятого конденсато- го и второго конденсаторов соединены зо Р, нормально замкнутый контакт шес- соответствечно с выходами второго и того и нормально разомкнутьш контакт первого операционных усилителей, нормально замкнутые контакты первого и второго переключателей соединены соответственно с первым и вторым выводами третьего конденсатора, нормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей соединены с общей шиной, а их подвижные контакты

кнутые контакты соединены соответст- венно с общей шиной и первым выводом четвертого конденсатора, при .этом подвижные контакты четвертого и пятого переключателей соединены с вторым и первым выводами восьмого конденса- . тора, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического

35

седьмого переключателей соединены с первым вьшодом десятого конденсатора и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод десятого конденсатора, нормально ра- ;- зомкнутьй контакт шестого и нормально замкнутьй контакт седьмого переключателей соединены с общей шиной.

соединены соответственно с первым и вторым выводами шестого конденсатора, первый вывод которого соединен с первым выводом седьмого конденсатора, второй вывод которого соединен с подвижным контактом третьего нереключа- теля, нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты которого соединены соответственно с вторым выводом первого конденсатора и общей шиной, при этом нормальнр замкнутые контакты четвертого и пятого переключателей соединены соответственно с вьпсо-,-.-4.1 1- j - AJj -i ijacJnrii i Х5 DJAU

дом первого операционного усилителя и общей шиной, а их нормально разом- диапазона, введены девятый и десятый конденсаторы, шестой и седьмой пере- ключатели, подвижные контакты которых соединены соответственно с Ч1ервым и вторым выводами девятого конденсато- Р, нормально замкнутый контакт шес- того и нормально разомкнутьш контакт

дом первого операционного усилителя и общей шиной, а их нормально разом- диапазона, введены девятый и десятый конденсаторы, шестой и седьмой пере- ключатели, подвижные контакты которых соединены соответственно с Ч1ервым и вторым выводами девятого конденсато- Р, нормально замкнутый контакт шес- того и нормально разомкнутьш контакт

кнутые контакты соединены соответст- венно с общей шиной и первым выводом четвертого конденсатора, при .этом подвижные контакты четвертого и пятого переключателей соединены с вторым и первым выводами восьмого конденса- тора, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического

дом первого операционного усилителя и общей шиной, а их нормально разом- диапазона, введены девятый и десятый конденсаторы, шестой и седьмой пере- ключатели, подвижные контакты которых соединены соответственно с Ч1ервым и вторым выводами девятого конденсато- Р, нормально замкнутый контакт шес- того и нормально разомкнутьш контакт

седьмого переключателей соединены с первым вьшодом десятого конденсатора и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод есятого конденсатора, нормально ра- ;- зомкнутьй контакт шестого и нормально замкнутьй контакт седьмого переключаелей соединены с общей шиной.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции в радиоприемных системах. Целью изобретения является расширение динамического диапазона. Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит два операционных усилителя (ОУ) 1 и 2, десять конденсаторов 3-12, семь переключателей 12-19. При соответствующем выборе номинала девятого конденсатора 11 статическое напряжение, образующееся на неинвертирующих входах ОУ 1 и 2, равно статическому напряжению на их инвертирующих входах и компенсирует это напряжение, в результате чего на выходе фильтра устанавливается нулевое статическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее за счет инжекции канальных зарядов, но и смещение самих ОУ. Уменьшение уровня тактовой помехи приводит к увеличению динамического диапазона снизу, если фильтр с переключаемыми конденсаторами применяется без аналогового пост-фильтра. Увеличение динамического диапазона сверху осуществляется за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов, что приводит к усложнению фильтра. 1 ил.