Синхронный фильтр высокого порядка Советский патент 1991 года по МПК H03H19/00 

л

Вых

О

СО

VI о

00

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах частотной селекции. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и снижение уровня паразитной модуляции выходного напряжения Синхронный фильтр высокого порядка содержит последовательно соединенные инвертирующее и неинвертирующее звенья 1 и 2. Неинвертирующее звено 2 содержит операционный усилитель, шесть резисторов и переключаемый конденсаторный блок. Инвертирующее звено 1 содержит операционный усилитель, пять резисторов и переключаемый конденсаторный блок, который содержит два конденсатора и шестнадцать ключей. Синхронный фильтр высокого порядка благодаря коммутации двух конденсаторов в переключаемом конденсаторном блоке и благодаря обратным связям имеет полосу пропускания вне частоты коммутации этих конденсаторов. 5 ил. Ј

Фиг.1

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

Цель изобретения - расширение динамического диапазона и снижение уровня паразитной модуляции выходного напряжения.

На фиг. 1 приведена структурная схема синхронного фильтра высокого порядка; на фиг, 2 - принципиальная электрическая схема неиивертирующего звена; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема инвертирующего звена; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема переключаемого конденсаторного блока; на фиг. 5 -- диаграммы.

Синхронный фильтр высокого порядка содержит инвертирующее звено 1, неинвер- тирующее звено 2; каждое неинвертирующее звено 2 содержит первый операционный усилитель 3, первый резистор 4, второй резистор 5, третий резистор б, четвертый резистор 7, пятый резистор 8, шестой резистор 9, переключаемый конденсаторный блок 10.

Инвертирующее звено 1 содержит второй операционный усилитель 11, седьмой резистор 12, восьмой резистор 13, девятый резистор 14 десятый резистор 15, одиннадцатый резистор 15, переключаемый конденсаторный блок 10.

Переключаемый конденсаторный блок 10 содержит первый конденсатор 17, второй конденсатор 18, первый ключ 19, второй ключ 20, фетий ключ 21, четвертый ключ 22, пятый ключ 23, шестой ключ 24, седьмой ключ 25, восьмой ключ 26, девятый ключ 27, десятый ключ 28, одиннадцатый ключ 29, двенадцатый ключ 30, тринадцатый ключ 31, четырнадцатый ключ 32, пятнадцатый ключ 33, шестнадцатый ключ 34, распределитель импульсов 35 и тактовый генератор 36.

Синхронный фильтр высокого порядка работает следующим образом.

В течение первой четверти периода коммутации Т (фиг, 5 а) замкнуты ключи 21, 28, 36 и 34 переключаемого конденсаторного блока 10, в результате чего первый конденсатор 17 оказывается подключенным к первому и третьему выводам переключав мого конденсаторного блока 10, а второй конденсатор 18 подключен к второму и четвертому выводам переключаемого конденсаторного блока 10, в течение второй четверти периода коммутации Т (фиг, 5 б) за жнуты ключи 22, 29, 24 и 31, в результате чего первый конденсатор 17 подключен к второму и четвертому выводам переключаемого конденсаторного блока 10, а второй конденсатор 18 подключен к третьему и

й

-

первому выводам переключаемого конденсаторного блока 10. В течение второй половины периода коммутации Т (фиг. 5 в и г) сначала замыкаются ключи 19, 25, 30 и 32,

5 затем замыкаются ключи 20, 26, 27 и 33 в результате чего первый и второй конденсаторы 17 и 18 занимают те же позиции, что и в течение первой половины периода коммутации, с той лишь разницей, что они подклю10 чаются к выводам переключаемого конденсаторного блока 10 другими своими выводами.

Поскольку конденсаторы переключаемого конденсаторного блока 10 в течение

15 периода (через четверть периода) переключаются с одного участка цепи обратной связи звена на другой участок, в петлю обратной связи звена вносится напряжение, задержанное на время Т/4, в результа- 20 те чего появляется реактивная обратная связь. Наличие реактивной обратной связи смещает центральную частоту звеньев, а значит и всего фильтра, относительно частоты коммутации.

25 Приближенная эквивалентная функция передачи звена на частоте первого преобразования имеет вид

г / f i

Fi(P) 30

35

PT + a + j(-1) / где для схемы на фиг. 2.

П 2

К2 2

40

45

50

55

,, О VГЧЬ о

а 2р- ; @

Rs Rs

а для схемы на фиг. 3 Risll Ru

/C1 К2

Ri2 + Risll Ru RiallRn

R15 +R12 II R14

Ri3 Ri3 +Ri2ll Risll RM

R12 И Rt5

a

Rl4 +«12 И R15

0 1

Rie .

Ris .

Ri3

r CRie; Rie .

Rw

Сдвиг частоты, как видно из выражения, для Рад составляет

АсУсдв -ЈЬ

Уменьшение сопротивления резисторов 7 и 16 в схемах звеньев (фиг. 2 и 3) увеличивает смещение центральной частоты фильтра относительно частоты коммутации, в связи с чем паразитный сигнал и комбинационные составляющие входного

сигнала выводятся из полосы пропускания фильтра и ослабляются фильтром. Это и объясняет больший динамический диапазон и меньший уровень паразитной модуляции предлагаемого устройства по сравнению с прототипом и аналогами. Ширина полосы пропускания фильтра определяется величиной емкостей конденсаторов 17 и 18 и сопротивлений резисторов 5, 8, 6 и 16, 13. Резисторы 4, 9 и 12, 15 образуют сумматоры входных сигналов звеньев.

Поскольку паразитный сигнал расположен вне полосы пропускания фильтра, имеется дополнительная возможность его ослабления, что положительно сказывается на динамическом диапазоне. С этой целью на выходе устройства (фиг. 1) может быть включен режекторный фильтр.

Паразитный сигнал, поступающий с выхода п-го звена на вход режекторного фильтра, практически полностью подавляется последним. Чтобы коммутационные шумы самого режекторного фильтра не уменьшили динамический диапазон всего фильтра, сопротивление резисторов в режекторном фильтре должно быть достаточно малым. Примерно того же динамического диапазона можно было бы достичь без применения режекторного фильтра, если выбрать сопротивление резистора 7 (16) в n-ом звене таким же малым. При этом потребовались бы большие емкости конденсаторов в блоке 10 n-го звена, что нежелательно, поскольку большие емкости - это больший разброс их номиналов, а значит и больший уровень паразитной модуляции. Применение конденсаторов с большим разбросом номиналов ( в том числе электролитических) в режекторном фильтре не приводит к увеличению паразитной модуляции, поскольку полезный сигнал расположен далеко от полосы заграждения, где имеет место очень слабое влияние емкостей конденсаторов режекторного фильтра как на АЧХ, так и на уровень паразитной модуляции.

Использование изобретения позволяет увеличить динамический диапазон в 10-100 раз и уменьшить уровень паразитной модуляции в 3-20 раз в зависимости от порядка фильтра и типа аппроксимирующей функции,

Формула изобретения

Синхронный фильтр высокого порядка, содержащий последовательно соединенные звенья, при этом попарно соединенные звенья выполнены инвертирующими и неинвертирующими, причем второй суммирующий вход каждого i-ro звена, кроме последнего, соединен с выходом (i + 1)-го звена, а первый вход инвертирующего первого звена является входом синхронного фильтра высокого порядка, отличающий- с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и снижения уровня паразитной модуляции выходного напряжения, неинвертирующее звено выполнено в виде последовательно соединенных первого резистора, втрого резистора, первого операционного усилителя, выход которого

0 является выходом неинвертирующего звена и соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и

5 с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, второй вывод шестого резистора соединен с первым выводом второго резистора, первый, второй выводы переключаемого

0 конденсаторного блока соединены соответственно с вторым выводом второго резистора, общей шиной, а третий и четвертый выводы - с вторым выводом четвертого резистора, первые выводы первого и шестого

5 резисторов являются первым и вторым суммирующими входами неинвертирующего звена, причем инвертирующее звено выполнено в виде последовательно соединенных седьмого и восьмого резисторов,

0 второго операционного усилителя, выход которого является выходом инвертирующего звена и соединен с первым выводом девятого резистора, второй вывод которого соединен с вторыми выводами седьмого и

5 десятого резисторов, первый и второй вывод переключаемого конденсаторного блока соединены соответственно с вторым выводом восьмого резистора и с первым выводом девятого резистора, а третий и чет0 вертый выводы переключаемого конденсаторного блока через одиннадцатый резистор соединены с общей шиной, к которой подключен неинвертирующий вход второго операционного /силителя, при этом

5 переключаемый конденсаторный блок содержит первый и второй конденсаторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринад0 цатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый ключи, первый вывод первого конденсатора соединен с входами первого, второго третьего и четвертого ключей, второй вывод первого конденсатора соеди5 нен с входами пятого, шестого, седьмого и

восьмого ключей, первый вывод второго

конденсатора соединен с входами девятого,

десятого, одиннадцатого и двенадцатого

ключей, второй вывод второго конденсатора

соединен с входами тринадцатого, четырнадцатого. пятнадцатого и шестнадцатого ключей, выходы первого, пятого, девятого и тринадцатого ключей являются первым выводом переключаемого конденсаторного блока, вторым выводом которого являются выходы шестого, второго, десятого и четырнадцатого ключей, а выходы седьмого третьего, одиннадцатого и пятнадцатого ключей являются третьим выводом переключаемого конденсаторного блока, четвертым выводом которого являются выходы восьмого, шестнадцатого, четвертого и двенадцатого ключей, а входы управления третьего, пятоФиг.1

А/ /2 дх.2 15

Фиг.З

0

го, десятого и шестнадцатого ключей соединены с первым входом распределителя импульсов, второй выход которого соединен с входами управления четвертого, шестого одиннадцатого и тринадцатого ключей, входы управления первого, седьмого, двенадцатого и четырнадцатого ключей соединены с третьим выходом распределителя импульсов, а его четвертый выход соединен с входами управления второго, восьмого, девятого и пятнадцатого ключей, причем вход распределителя импульсов соединен с выходом тактового генератора.

Выл

0

ФигА