Полосовой SC-фильтр Советский патент 1992 года по МПК H03H19/00 

&б/

7

Вы

т-о

V|

О

4

4 Ю

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в частотно-селективных радиоэлектронных устройствах. Цель изобретения -уменьшение выходного сопротивления и повышение точности формирования передаточной функции. Полосовой SC-фильтр содержит операционный усилитель 1, первый конденсатор 2, первый ключ 3, второй конденсатор 4, второй ключ 5, третий конденсатор 6. третий ключ 7. Работа полосового SC-фильтра основана на периодическом замыкании ключей 7,5, 3, в результате чего формируется передаточная функция полосового фильтра второго порядка. 2 ил.

Фиг/

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в селективных радиоэлектронных устройствах, преимущественно в микроэлектронндм исполнении.

Известен полосовой фильтр (Справочник по микроэлектронной импульсной технике / В.Н. Яковлев, В.В. Воскресенский, С.В. Мирошниченко и др. - Киев: , 1983, табл. 13.5, звено № 1), содержащий первый и второй конденсаторы, третий, четвертый и пятый коммутируемые конденсаторы, прячем первый вывод пятого коммутируемого конденсатора является входом фильтра, Ј второй подключен к первому выводу второго конденсатора и первому выводу четвертого коммутируемого конденсатора, второй вывод которого подключен к выходу усилителя, а первый конденсатор и третий коммутируемый конденсатор включены между входом усилителя и общей шиной, при этом выходом фильтра является выход усилителя.

Недостатком полосового фильтра является то, что он содержит большое количество конденсаторов и ключей и не может управлять частотой полюса с помощью одного элемента.

Известен также мост Вина, перестраиваемый одним элементом (Патент ПНР № 126343, кл. Н 03 В 5/26, опублик. 15.12.85), содержащий два конденсатора, переменный резистор, шесть резисторов, причем первый конденсатор первым выводом подключен к источнику сигнала, а вторым выводом - к общей шине через последовательно соединенные с первого по четвертый резисторы, второй конденсатор первым выводом подключен между вторым и третьим резисторами, а вторым выводом - к общей шине, переменный резистор подключен между узлом соединения первого и второго резисторов и между узлом соединения третьего и четвертого резисторов, пятый и шестой резисторы образуют рези- стивный делитель напряжения и включены между источником сигнала и общей шиной, выходом устройства является выход ре- зистивного делителя и узел соединения второго, третьего резисторов и второго конденсатора.

Недостатком этого устройства являются: низкая добротность, сложность (устройство содержит семь резисторов и два конденсатора), поэтому оно труднореализу емо в микроэлектронном исполнении, обладает узким диапазоном перестройки из-за ограниченного отношения сопротивлений перестраиваемого резистора в суммы сопротивлений резисторов с первого по четвертый.

Наиболее близким к изобретению является полосовой фильтр с переключаемыми конденсаторами (авт. се. СССР № 1510072), содержащий четыре конденсатора, три ключа, два резистора, операционный усилитель, причем первый конденсатор первым выводом подключен к выходу усилителя, а вторым выводом - к второму выводу четвертого конденсатора и первому выводу первого

ключа, второй конденсатор первым выводом подключен к общей шине, а вторым - к конвертирующему входу операционного усилителя и первому выводу второго ключа, третий (коммутирующий) конденсатор и третий ключ подключены между общей шиной и вторым выводом первого и второго ключей, первый вывод четвертого конденсатора подключен к входу устройства, первый резистор делителя напряжения первым выводом

подключен к общей шине, а вторым - к инвертирующему входу операционного усилителя, второй резистор делителя напряжения подключен между выходом и инвертирующим входом усилителя, выходом устройства

является выход операционного усилителя либо его инвертирующий или неинвертирующий вход.

Недостатком устройства является большое выходное сопротивление, высокая чувствительность к параметрам емкостей, большое количество элементов.

Цель изобретения -уменьшение выходного сопротивления и повышение точности формирования передаточной функции.

В предлагаемом полосовом SC-фильт- ре, содержащем первый, второй и третий конденсаторы, первый, второй и третий ключи, операционный усилитель, причем первый вывод первого конденсатора соединен с выходом операционного усилителя, а второй вывод первого конденсатора соединен с входом первого ключа, первый вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, второй вывод второго конденсатора

соединен с входом второго ключа, для достижения поставленной цели выход операционного усилителя соединен с входом третьего ключа, выход которого соединен с вторым выводом второго конденсатора, второй вывод первого конденсатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора является входом полосового SC-фильтра, вУход первого ключа соединен с вторым выводом второго конденсатора, выходом полосового SC-фильтра является выход операционного усилителя. Возможность достижения цели изобретения обусловлена следующим:

полосовой SC-фильтр упрощается (по сравнению с устройством-прототипом содержит на один конденсатор и на два резистора меньше); имеет меньшее выходное сопротивление (выходом является выход операционного усилителя).

На фиг. 1 дана электрическая схема предлагаемого полосового SC-фильтра; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая его работу.

Полосовой SC-фильтр содержит операционный усилитель 1, первый конденсатор 2, первый ключ 3, второй конденсатор 4, второй ключ 5, третий конденсатор 6, третий ключ 7. Первый вывод первого конденсатора 2 соединен с выходом операционного усилителя 1, а второй вывод первого конденсатора 2-е входом первого ключа 3. Первый вывод второго конденсатора 4 соединен с общей шиной, а второй вывод второго конденсатора1 4 - с входом второго ключа 5. Первый вывод третьего конденсатора 6 соединен с выходом второго ключа 5. Выход операционного усилителя 1 соединен с входом третьего ключа 7, выход которого соединен с вторым выводом второго конденсатора 4. Второй вывод первого конденсатора 2 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной. Второй вывод третьего конденсатора 6 является входом полосового SC-фильтра, Выход первого ключа 3 соединен с вторым выводом второго конденсатора 4. Выходом полосового SC- фильтра является выход операционного усилителя 1.

Полосовой SC-фильтр работает следующим образом.

После подачи управляющих импульсов в соответствии с временной диаграммой, показанной на фиг. 2, начинают периодически замыкаться третий, второй и первый ключи 7, 5, 3 соответственно

В результате та кой последовательности работы ключей полосовой SC-фильтр имеет передаточную функцию полосового типа

F(z)

)

&. С1

+&) -Н+-&+СЗ

С1

где Ci, C2, Сз - емкости первого, второго и третьего конденсаторов 2, 4, б соответственно;

0

z - оператор дискретного преобразования Лапласа,

В общем виде передаточная функция цепи второго порядка полосового типа в Р- плоскости (Справочник по расчету и проектированию ARC-схем/Букашин С.А., Власов В.П., Змий В.Ф, и др./Под ред. А.А. Ланаэ. - М.: Радио и связь, 1984) может быть представлена в форме

F(p) M

pdpOp

р2 + pdp 0)p + о$

(2)

где М - масштабный коэффициент передачи на частоте полюса;

dp, Шр - затухание и частота полюса; р - оператор континуального преобразования Лапласа

Для представления выражения (1) в форме (2) необходимо осуществить замену переменных z р, что справедливо при частоте коммутации fs, намного превышающей частоту обрабатываемого сигнала fc:

fs где Ts - период коммутации ключей

Is

3, 5, 7 (фиг, 2), например, по методу обратной разности (Аллен Ф., Санчес-Синенсио Э. Электронные схемы с переключаемыми конденсаторами/Пер, с англ. - М,: Радио и связь, 1989, с. 82):

p(1-z 1)/Ts,

40

(3)

Сопоставляя в выражениях (1) и (3) коэффициенты при одинаковых степенях р, нэхо- 45 дят основные параметры устройства:

Сз Ci

,Шр

1

С2

TS vcicT

50

утг

Сз

55

Из анализа последних выражений следует: затухание полюса определяется отношением емкостей первого 2 и третьего 6 конденсаторов; масштабный коэффициент передачи и затухание полюса не зависят от емкости второго конденсатора 4, поэтому частота полюса может управляться изменением номинала этого элемента.

Формула изобретения

Полосовой SC-фидьтр, содержащий первый, второй и третий конденсаторы, операционный усилитель, первый, второй и третий ключи, причем первый вывод первого конденсатора соединен с выходом операционного усилителя, а второй вывод первого конденсатора соединен с входом первого Ключа, первый вывод второго конденсатора соединен с общей шиной, а второй вывод второго конденсатора соединен с входом второго ключа, первый вывод третьего конденсатора соединен с выходом второго ключа, о тли чающийся тем, что, с целью

5

уменьшения выходного сопротивления и повышения точности формирования передаточной функции, выход операционного усилителя соединен с входом третьего ключа, выход которого соединен с вторым выводом, второго конденсатора, второй вывод первого конденсатора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, второй вывод третьего конденсатора является входом полосового SC- фильтра, выход первого ключа соединен с вторым выводом второго конденсатора выходом полосового SC-фильтра является выход.операционного усилителя.