Активный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повышение точности активного фильтра за счет уменьшения количества перезаписей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции (ПФ) Активный фильтр содержит операционный у-ль 1, ячейки 2 коммутируемых конденсаторов (КК) без задержек сигнала, ячейки 3, 5 и 7 КК с задержкой сигнала соответственно на один, два и три такта , ячейки 4, 6 и 8 КК с инвертированием и задержкой сигнала соответственно на один, два и три такта, входные ключи 9 и 10, выходные ключи 11 и 12 и блок управления (БУ)15. При формировании ПФ активного фильтра коэффициенты полинома числителя ПФ формируют ячейки 2-8, подключенные с гюмошью входных ключей 9 и 10 во входную цепь операционного у-ля I, а коэффициенты полинома знаменателя ПФ формируют ячейки 2-8, подключаемые с помощью выходных ключей II и 12 в выходную цепь операционного у-ля 1. 6 ил. -W 5-Г7 С S (Л со оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„9)Я0„„1312728

А1 (A@4 НОЗ Н 1900

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

15 10 !5 11

Ф) г.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3882340/24-09 (22) 10.04.85 (46) 23.05.87. Бюл. № !9 (71) Минский радиотехнический институт (72) В. А. Кешишьян и А. А. Прокопенко (53) 621.372.544.2 (088.8) (56) Цикин И. А. Дискретно-аналоговая обработка сигналов. — М.: Радио и связь, 1982, с. 29 — 31.

Патент ФРГ № 3007846, кл. Н 03 Н 19/00, 1982. (54) АКТИВНЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности активного фильтра за счет уменьшения количества перезаписей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции (ПФ)

Активный фильтр содержит операционный у-ль l, ячейки 2 коммутируемых конденсаторов (КК) без задержек сигнала, ячейки 3, 5 и 7 КК с задержкой сигнала соответственно на один, два и три такта, ячейки 4, 6 и 8 КК с инвертированием и задержкой сигнала соответственно на один, два и три такта, входные ключи 9 и 10, выходные ключи 11 и 12 и блок управления (БУ) 15. При формировании ПФ активного фильтра коэффициенты полинома числителя ПФ формируют ячейки 2 — 8, подключенные с помощью входных ключей 9 и 10 во входную цепь операционного у-ля I, а коэффициенты полинома знаменателя ПФ формируют ячейки 2 — 8, подключаемые с помощью выходных ключей I I и 12 в выхоj- ж ную цепь операционного у-ля l. 6 ил.

1312728

5 !

О

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различной приемопередающей аппаратуре, а также в системах автоматического регулирования для частотной обработки сигналов.

Цель изобретения — повышение точности активного фильтра за счет уменьшения количества перезаписей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции.

На фиг. приведена схема активного фильтра; на фиг. 2 — схемы ячеек коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, с задержкой сигнала на один такт, с инвертированием и задержкой сигнала на один такт; на фиг. 3 — то же, с задержкой сигнала на два такта, с инвертированием и задержкой сигнала на два такта; на фиг. 4 — то же, с задержкой сигнала на три такта; на фиг. 5 — схема блока управления; на фиг. 6 — временные диаграммы, поясняющие работу активного фильтра.

Активный фильтр содержит операционный усилитель 1, ячейки 2 коммутируемых конденсаторов без задержек сигнала; ячейки 3 коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на один такт, ячейки 4 коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на один такт; ячейки 5 коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на два такта; ячейки 6 коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на два такта; ячейки 7 коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на три такта; ячейки 8 коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на три такта; дополнительные входные ключи 9 с управляющими входами 9 — 1...9 — 7, входные ключи 10, дополнительные выходные ключи

11 с управляющими входами 11 — !...11 — 6; выходные ключи 12; вход 13 активного фильтра; выход 14 активного фильтра, блок 15 управления.

Ячейка 2 имеет вход 2 в 1, выход 2 — 2, два управляющих входа 2 — 3 и 2 — 4 и содержит восемь ключей 2 — 5...2 — 12 и два коммутируемых конденсатора 2 — 13 и 2 — 14.

Ячейка 3 имеет вход 3 — l,выход 3 — 2, два управляющих входа 3 — 3 и 3 — 4 и содержит четыре ключа 3 — 5...3 — 8 и два коммутируемых конденсатора 3 — 9 и 3 — 10.

Ячейка 4 имеет вход 4 в 1, выход 4 — 2, два управляющих входа 4 — 3 и 4 — 4 и содержит восемь ключей 4 — 5...4 — 12 и два коммутируемых конденсатора 4 — 13 и 4 в 14, Ячейка 5 имеет вход 5 в 1, выход 5 — 2, три управляющих входа 5 — 3, 5 — 4 и 5 — 5 и содержит шесть ключей 5 — 6...5 — 11 и три коммутируемых конденсатора 5 — 12...5 — 14.

Ячейка 6 имеет вход 6 — 1, выход 6 — 2, три управляющих входа 6 — 3, 6 — 4 и 6 — 5 и содержит двенадцать ключей 6 — 6...6 — 17 и три коммутируемых конденсатора 6 — 8...6 — 20.

Ячейка 7 имеет вход 7 — 1, выход 7 — 2, четыре управляющих входа 7 — 3...7 — 6 и содержит восемь ключей 7 — 7...7 — 14 и четыре коммутируемых конденсаторов 7 — !5...7 — 18.

Ячейка 8 имеет вход 8 — 1, выход 8 — 2, четыре управляющих входа 8 — 3...8 — 6 и содержит шестнадцать ключей 8 — 7...8 — 22 и четыре коммутируемых конденсатора 8 — 23...8—

26.

Блок 15 управления имеет выходы 15 — 1...

l5 — 9, первый вход 15 — 10, второй вход 15—

11 и содержит первый распределитель 16 импульсов, состоящий из элементов И 16 — 1 и

16 — 2, второй распределитель 17 импульсов, состоящий из элементов И 17 — 1...17 — 3, третий распределитель 18 импульсов, состоящий из элементов И 18 — 1...18 — 4, первый регистр !9 сдвига, имеющий выходы 19 — 1...

19 — 2, второй регистр 20 сдвига, имеющий входы 20 — 1...20 — 3, третий регистр 21 сдвига, имеющий выходы 21 — 1...21 — 4, и блок 22 ввода, состоящий из элементов ИЛИ 22 — 1...

22 3, имеющих выходы соответственно

22 — 4...22 — 6.

Активный фильтр работает следу ющим образом.

Передаточная функция активного фильтра имеет вид

Н(у! С1+Сг +Сз2г+...+C,Z

С|+Сг +Cq ++...+С„Z (" > где Сi, С, коэффициенты полинома числителя передаточной функции;

С,...,C;, — коэффициенты полинома знаменателя передаточной функции.

Коэффициенты С ... С„форм ир уют ячейки

2...8, подключенные с помощью дополнительных входных ключей 9 и входных ключей 10 во входную цепь операционного усилителя 1. Коэффициенты CI...C„ôoðìHруют ячейки 2...8, подключаемые с помощью дополнительных выходных ключей 1 и выходных ключей 12 в выходную цепь операционного усилителя !.

Предположим, что во входной цепи операционного усилителя 1 включены в работу ячейки 2, 4, 5 и 8, а в выходной цепи ячейки 2, 3, 6 и 7. Это значит, что соответствующие входные, дополнительные входные, выходные и дополнительные входные ключи 9 — 12 замкнуты благодаря наличию на управляющих входах 9 — 1, 9 — 3, 9 — 4, 9 — 7, 11 — 1, 11 — 4 и 11 — 5 разрешающих сигналов, подаваемых извне.

На первый вход 15 — 10 блока 15 управления поступают тактовые импульсы от внешнего генератора (фиг. 6а), а на второй вход 15 в ll блока 15 управления поступает от внешнего устройства импульс ввода (фиг. 66) для определения начала работы фильтра. Последний тактовый импульс, передний фронт которого попал в строб импульса ввода, определяет момент времени

1312728

t = О (фиг. 6) . По этому тактовому импульсу в момент времени t = О формируются управляющие импульсы (фиг. бв, д, ж) на выходах 15 — 1, 15 — 3 и 15 — б блока 15 управления. При этом замыкаются ключи 2 — 6, 2 — 7, 2 — 9 и 2 — 12 ячейки 2 (фиг. 2), ключи 3 — 5 и 3 — 8 ячейки 3, ключи

4 — 5, 4 — 7 и 4 — 12 ячейки 4, ключи 5 — 6, 5 — 9 ячейки 5 (фиг. 3), ключи 6 — 6, 6 — 8, 6 — 11 и 6 — 13 ячейки 6, ключи 7 — 7 и 7 — 10 ячейки 7 (фиг. 4), ключи 8 — 7, 8 — 9, 8 — 12 и 8 — 14 ячейки 8. В это время во входной цепи коммутируемые конденсаторы 2—

14, 4 — 13, 5 — 12 и 8 — 23 заряжаются до напряжения на входе 13 Ui3(0), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах

4 — 13, 5 — 12 и 8 — 23 запоминается. В выходной цепи заряжаются коммутируемые конденсаторы 2 — 14, 3 — 9, 6 — 18 и 7 — 15 до напряжения на выходе 14 Uii(0), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах

3 — 9, 6 — 18 и 7 — 15 запоминается. Для простоты рассуждений считают, что до начала работы фильтра напряжение на всех конденсаторах равно нулю.

Таким образом, на выходе 14 в момент времени t = О напряжение определяется отношением емкостей конденсаторов 2 — 14 во входной цепи и в выходной цепи 10. Уравнение для зарядов относительного интегрирующего входа операционного усилителя 1 следующее;

Сг-i4Ui3(0) = C2 i4Ui4(0), где со штрихом обозначены емкости конденсаторов в выходной цепи связи.

В следующий момент времени t = 1 (фиг. 6) по второму тактовому импульсу формируются управляющие импульсы (фиг. бг, е, з) на выходах 15 — 2, 15 — 4 и 15 — 7 блока 15 управления. При этом замыкаются ключи 2 — 5, 2 — 8, 2 — 10, 2 — 11 ячейки 2, ключи 3 — 6, 3 — 7 ячейки 3, ключи 4 — 6, 4 — 8, 4 — 9 и 4 — 11 ячейки 4, 5 — 8 и 5 — 11 ячейки 5, ключи 6 — !О, 6 — 12, 6 — 15 и 6 — 17 ячейки 6, 7 — 9 и 7 — 12 ячейки 7, ключи 8 — 11, 8 — 13, 8 — 16 и 8 — 18 ячейки 8.

В это время во входной цепи коммутируемые конденсаторы 2 — 13, 4 — 14, 5 — 13 и

8 — 24 заряжаются до напряжения на входе 13 )13(1), причем напряжение на коммутируемых конденсаторах 4 — 14, 5 — 13 и

8 — 24 запоминается, а коммутируемые конденсаторы 2 — 14 и 4 — 13 (фиг. 2) разряжаются: первый на общую шину, а второй на инвертирующий вход операционного усилителя 1 с изменением полярности обкладок, заряженных в момент времени t = О.

В выходной цепи связи в этот момент времени (1 = 1) заряжаются коммутируемые конденсаторы 2 — 13, 3 — 10, 6 — 19 и 7 — 16 до напряжения на выходе 14 Ui4(1), причем напряжение на ком муги руемых конденсаторах 3 — 10, 6 — 19 и 7 — 16 запоминается, а коммутируемые конденсаторы 2 — 14 и 3 — 9 разряжаются: первый на общую шину, а второй на инвертирующий вход операционного усилителя 1, но без изменения полярности обкладок, заряженных в момент времени t = О.

Уравнение для зарядов в момент времени t = 1 следующее:

С2-1зUiз(1) — С4-Ä(0) = — ((Cã-1зU14(t) +

+Сз-5! !i4(0)).

В момент времени t = 2 уравнение для зарядов имеет вид

C2 i 4 U i 3 (2 ) — С4-14U i 3 (1 ) + С5-i 2U i 3 (0)

= — (С2-i4Ui4 (2) +Сз-101-)14(! ) С6-isUi4 (0)

Уравнение для зарядов в момент времени t = 3 имеет вид

С2--I 3U I з (3) — С4-13 (2) + С5-13U I 3 (1 )— — С6.23(.) iç (0) = — ((С2-i 3(-!14 (3) + Сз зЬ14 (2)С6-igUi4(1)+Сг isUi4(0) J.

Далее процесс повторяется. Для момента времени t = и уравнение имеет вид

С2U13(n) C4U13(п — 1) +CsUi3 (и 2) з5 CtiU 3(— 3) = — (C2Ui4(n)+СЗ А (n — 1)C6U I 4 (n — 2) + C2U14 (n — 3) ) при условии, что во входной цепи Сг-13 =

= C2 „= С,;

С4-14 — С4 Cs-12 С5-1.1 Cs С6 is С619

30 =C6 о = C6, Сг-15 = С=is = C; is = С,;

Св- 3 = С6-24 = С6-25 = С6-26 = Cs, а в выходной цепи Сг-13 = C2 14 = Сг, C3 s = C3-IO = — C3, С4-13 С4 — 14 — С4 С вЂ” 12 — С5 — 13 — C5-14=

= Cs; С6-18 = С4-111 = C6-2o = С6, C2 is =

= C2 i6 — — C; i; = C7-is = Сг, С6-гз = Cs-25=

35 = Cs 26 = Cs, т.е. емкости конденсатоРов, входящих в одну ячейку, равны.

Выражение (I) можно записать в Z-области

Ъ 13 (2) (С2 — С42 +CsZ — CsZ ) =

= — V I 4 (Z ) (С 2+ СЗZ — C6Z + С 7Z31), откуда передаточная функция фильтра будет иметь вид

H(Z)—

Формула изобретения

Активный фильтр, содержащий операционный усилитель, выход которого является выходом активного фильтра, а неинвертирующий вход соединен с общей шиной, 55 и + 1 входных ключей, где n — порядок активного фильтра, выходы которых объединены и соединены с инвертирую1цим входом операционного усилителя, п выходных ключей, входы которых объединены и соеди1312728 нены с инвертирующим входом операционного усилителя и 2п + коммутируемых конденсаторов, от,гичающийся тем, что, с целью повышения точности активного фильтра за счет уменьшения количества перезаписей сигнала с конденсатора на конденсатор при формировании коэффициентов передаточной функции, введены первая и вторая ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, 2п ячеек коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала íà i тактов, где i = 1, 2,...„п, 2п ячеек коммутируемых конденсаторов с инвентированием и задержкой сигнала íà i тактов, 2п + 1 дополнительных входных ключей, входы которых объединены и являются входом активного фильтра, а выход каждого

1-го дополнительного входного ключа соединен через соответствующую ячейку коммутируемых конденсаторов с входом I-Io входного ключа, 2п дополнительных выходных ключей, выходы которых объединены и соединены с выходом операционного усилителя и выходом второй ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, вход ко5

1О

20 торой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а вход каждого

i-го дополнительного выходного ключа соединен через соответствующую ячейку коммутируемых конденсаторов с выходом i-го выходного ключа, и блок управления, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами ячеек коммутируемых конденсаторов, первый вход блока управления является входом тактовых импульсов активного фильтра, а второй вход является входом запуска блока управления, причем управляющие входы i-x входных и -x дополнительных входных ключей, а также i = х выходных и i-х дополнительных выходных ключей попарно объединены и являются управляющими входами активного фильтра, а первая и вторая ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала содержат первый и второй последовательно включен- 40 ные ключи, третий и четвертый последовательно включенные ключи, пятый и шестой последовательно включенные ключи, седьмой и восьмой последовательно включенные ключи, при этом входы первого и пятого ключа объединены и являются входом ячейки 4> коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, выходы четвертого и восьмого ключей объединены и являются выходом ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, входы третьего, седьмого и выходы второго и шестого ключей соединены с общей шиной, управляющие входы второго, третьего, пятого и восьмого ключей объединены и являются первым управляющим входом ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, управляющие входы первого, четвертого, шестого и седьмого ключей объединены и являются вторым управляющим входом ячейки коммутируемых конденсаторов без задержки сигнала, между выходом первого и третьего ключей включен первый коммутируемый конденсатор, второй коммутируемый конденсатор включен между выходом пятого и седьмого ключей, а каждая ячейка коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на i тактов содержит i + 1 параллельно включенных ветвей, каждая из которых состоит из 1-го и (j+1)-го, где j = 1, 2,..., (2i+2), последовательно включенных ключей, общая точка соединения которых подключена через i-й коммутируемый конденсатор с общей шиной, а управляющий вход каждого (2j — 1)-го ключа объединены с управляющим входом (2j+

+2) -ro ключа, управляющий вход (2i+1) -го ключа объединен с управляющим входом второго ключа, при этом управляющие входы ключей являются управляющими входами ячейки коммутируемых конденсаторов с задержкой сигнала на i тактов, каждая ячейка коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на i тактов содержит (4i+4) ключей, причем входы (4К вЂ” 3)-х, где (К=1, 2,...,(4i+4), объединены и являются входом ячейки коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на i тактов, выходом которой являются объединенные выходы 4К-х ключей, выход каждого (4К вЂ” 3) -го ключа и вход (4К вЂ” 2)-го ключа объединены и соединены через 1- и ком мути руемый конденсатор с объединенными входом (4К вЂ” 1) -го и выходом (4К вЂ” 1) -ro ключей, вход которого, а также выход каждого (4К вЂ” 2)-го ключей соединены с общей шиной, а управляющие входы каждого (4К вЂ” 3) -го, (4К вЂ” 1) -го, (4К+2) -го и (4К+4) -го ключей, а также управляющие входы (4i+l)-го, (4i+3)-го, второго и четвертого ключей объединены и являются управляющими входами ячейки коммутируемых конденсаторов с инвертированием и задержкой сигнала на i тактов.

1312728

Фиг 3

Фиг гг

l3l2728

1б

I (!

Фиг..т а 1 -10

1. -11

15-1

Z 15-Z

О 15-5

Е 15-

Ж 15-б

3 15-7

Фиг.6

Составитель С. Музычук

Редактор А. Шандор Техред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ !849/55 Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного ломит«та ССCP по делам изобретений и открытий

I 3035, Москва, Ж:!5, Раушская наб., n. 415

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4