Дискретно-аналоговый фильтр

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности формирования передаточных функций. Дискретно-аналоговый фильтр содержит входные ключи 1 и 2, операционный усилитель 3, резисторы 4-13, блоки 14-18 выборки и хранения, выходные ключи 19-28, элементы ИЛИ : 29-32, блок 33 управления и инвертор 34. Блок 33 управления за один цикл работы формирует восемь импульсных сл 00 4;: DO ел со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (11 Н 03 Н 19/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4004598/24-09 (22) 03.01.86 (46) 07.10.87. Вюл. 11 - 37 (72) Г, И. Стеценко и В. В. Нечаев (53) 621.372,512.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1249694, кл. Н 03 К 4/02, 04 ° 02.85. (54) ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиоэлектронике и обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности формирования передаточных функций. Дискретно-аналоговый фильтр содержит входные ключи 1 и 2, . операционный усилитель 3, резисторы

4-13, блоки 14-!8 выборки и хранения, выходные ключи 19 — 28, элементы ИЛИ ,29 — 32, блок 33 управления и инвертор

34. Блок 33 управления за один цикл работы формирует восемь импульсных

1343549 д0 где 1-12

К1

35 напряжений, следующих друг за другом с задержкой, равной длительности тактового импульса, и включающих соответствующие ключи. Каждому импульсно— му напряжению соответствует такт решения устройства. Фильтрация входного сигнала обеспечивается за счет тоro что он является дискретно-аналоИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной коррекции в устройствах управления, автоматике и связи, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение точности формирования передаточных функций.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема дискретно †аналогово фильтра; на фиг, 2 — временные диаграммы выходных напряжений блока управления; на фиг. 3 — таблица, содержащая порядок и содержание выполняемой операции.

Дискретно-аналоговый фильтр состоит иэ первого 1 и второго 2 входных ключей, операционного усилителя 3, первого 4, второго 5,, третьего 6, четвертого 7, пятого 8, шестого 9, седьмого 10, восьмого 11, девятого

12 и десятого 13 резисторов, первого

14, второго 15, третьего 16, четвертого 17 и пятого 18 блоков выборки и хранения, первого 19., второго 20, третьего 21, четвертого 22, пятого

23, шестого 24, седьмого 25, восьмого .26, девятого 27 и десятого 28 ключей, первого 29, второго 30, третьего 31 и четвертого 32 элементов ИЛИ, блока 33 управления и инвертора 34 °

Дискретно-аналоговый фильтр работает следующим образом, Блок 33 управления за один цикл работы формирует восемь импульсных напряжений, следующих друг за другом с временной задержкой, равной длительности Я тактового импульса. Наличие импульса на выходе генератора привоцит к включению ключей, которые говым эквивалентом активного фильтра второго порядк» на интеграторах. В зависимости от того, с какой точки схемы снимается выходное напряжение, устройство может выполнять функции фильтров верхних и нижних частот, полосового фильтра и режекторного фильтра, 3 ил. управляются от него, Каждому импульсному напряжению соответствует свой такт решения устройства, Последовательность и содержание выполняемой операции в каждом такте решения и номера включенных ключей приведены в таблице на фиг. 3, Перный тактоный импульс, поступающий с пятого выхода блока 33 управ 0 ления,включает шестой выходной ключ

24 и подключает выход первого блока

14 выборки и хранения к пятому резистору 8, Сигнал лог, "1" на выходе инвертора 34 включает второй входной !

В ключ 2 и подключает неинвертирующий вход операционного усилителя 3 к шине нуленого потенциала. Кроме того, первый тактовый импульс поступает на третий вход первого элемента ИЛИ 29

20 и с его выхода на управляющий вход третьего блока 16 выборки и хранения, обеспечивая заряд запоминающего конденсатора. до напряжения, равного напряжению на выходе операционного уси 5 лителя 3. Это напряжение рассчитыва.ется по формуле напряжение на выходе операционного усилителя 3; напряжение на выходе первого блска выборки и хранения коэффициент передачи по входу шесть; напряжение на запоминающем конденсаторе С.

Блоки выборки и хранения обеспечи40 Вают повторение напряжения на конденсаторе на его выход с коэффициентом передачи +1, Поэтому напряжение на выходе третьего блока 16 выборки и хранения, формируемое в первом такте работы устройства, можно записать следующей формулой

1343549 4 первый элемент ИЛИ 29 и обеспечивает запись нового напряжения на выходе третьего блока 16 выборки и хранения, рассчитываемого по формуле (2) 5

ЬЭя Эх 2 ЗЭ Э

-Цзэз Кя

R В ,где К = — -э-, К = — э Кя

Ня 3 п1о

R.

= — - - - коэффициенты передачи.

R 1

После окончания второго такта работы устройства напряжение на выходе 45 четвертого блока 17 выборки и хранения не изменяется.

При поступлении с седьмого выхода блока 33 управления третьего тактового импульса включается четвертый выходной ключ 22 и подключает выход первого блока 14 выборки и хранения. к третьему резистору 6. Неинвертирующий вход операционного усилителя 3 через второй входной ключ 2 остает- . ся подключенным к общей шине. Кроме того, третий тактовый импульс поступает на управляющий вход третьего блока 16 выборки и хранения через

"з Пз „ э, После окончания первого такта работы устройства импульс напряжения с

I пятого выхода блока 33 управления заканчивается, шестой выходной ключ 10

24 выключается, входной ключ 2 остается включенным, выключается ключ третьего блока 16 выборки и хранения запоминающего элемента, но напряжение на его выходе остается неизменным.

Следом за первым тактовым импуль— сом с шестого выхода блока 33 управ-. ления поступает второй тактовый импульс, который включает первый входной ключ 1 и подает входной сигнал с 20 входа устройства на инвертирующий вход операционного усилителя 3, включает седьмой 25 и восьмой 26 выходные ключи, проходя через четвертый элемент ИЛИ 32 и тем самым подключая 25 выходы второго 15 и третьего 16 блоков выборки и хранения соответственно к седьмому 10 и восьмому 11 резисторам. Кроме того, второй тактовый импульс поступает на управляющий 3р вход четвертого блока 17 выборки и хранения, обеспечивая запись напряжения на его выходе, которое рассчитывается по формуле (4) Цзэ зэ, Rq где К = — — — коэффициент передаз чи. Четвертый тактовый импульс, поступающий с восьмого выхода блока 33 управления, включает седьмой 25, восьмой 26 и девятый 27 выходные о ключи, подключая на соответствующие резисторы выходные сигналы второго

15, третьего 16 и четвертого 17 блоков выборки и хранения. Второй входной ключ 2 остается включенным, а также включается ключ пятого блока

18 выборки и хранения и Hà его выходе устанавливается напряжение, рассчитьгваемое по формуле зэз зэ 3 ззз Я (5) зэ

4 где К = — — — коэффициент передаь чи.

Пятый тактовый импульс, поступающий с первого выхода блока 33 управления, включает первый 19 и десятый

28 выходные ключи, подключая выход первого блока 14 выборки и хранения к десятому резистору 13, а выход четвертого блока 17 выборки и хранения —, к четвертому резистору 7. Второй входной ключ 2 остается включенным, а также включается ключ третьего блока 16 выборки и хранения через первый элемент ИЛИ 29 и на его выходе устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле (6) зэз зэ„ззя

Rî где К = — — коэффициент передачи.

В

Шестой тактовый импульс, поступающий с второго выхода блока 33 управления через второй элемент ИЛИ 30, включает третий выходной ключ 21 и подключает выход третьего блока 16 выборки ихранения к десятому резистору 13. Этот импульс, проходя через третий элемент ИЛИ 31 и инвертор 34, выключает второй входной ключ 2. Шестой тактовый импульс поступает также на управляющий вход первого блока 14 выборки и хранения и на его выходе устанавливается напряжение, рассчиты- ваемое по формуле

1343549 (7) зз1 ззз (10) (8) Коэффициент передачи операционного усилителя 3 в данном такте равен + 1, так как он включен повторителем напряжения.

Седьмой тактовый импульс, поступающий с третьего выхода блока 33 управления, включает второй 20 и пятый

23 выходные ключи, подключая выход второго блока 15 выборки и хранения к десятому резистору !3, а выход первого блока 14 выборки и хранения — к четвертому резистору 7, Второй входной ключ 2 в седьмом такте включается, Также включается ключ третьего блока 16 выборки и хранения через первый элемент ИЛИ 29 и на выходе третьего блока 16 выборки и хранения устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле зз ъз Зз

Восьмой тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 33 управления, включает третий выходной ключ 21 через второй элемент 30 и подключает выход третьего блока 16 выборки и хранения к десятому резистору 13, а проходя через третий элемент ИЛИ 31, и инвертор 34, выключает второй входной ключ 2. Восьмой тактовый импульс поступает также на управляющий вход второго блока 15 выборки и хранения и на его выходе . устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле

0зз Цззз

2 (9)

По окончании восьмого тактового импульса блок 33 управления вновь начинает формировать импульсы, начиная с первого, и работа устройства происходит аналогично описанному в первом цикле работы.

Фильтрация входного сигнала в данном устройстве обеспечивается за счет того, что он является дискретноаналоговым эквивалентом активного фильтра второго порядка на интеграторах. В зависимости от того, с какой точки схемы снимать выходное напряжение, данное устройство может выполнять функции фильтра верхних частот (ФВЧ), фильтра нижних частот (ФНЧ), полосового фильтра (ПФ) или режекторного фильтра (РФ).

Наиболее сложным из реализуемых

pBHkIblM устройством фильтров является

РФ, Его передаточная функция может быть записана в следующем ниде

Z 3

Рф p + „,dp +(g (Р1=

7 где

d — коэффициент, определяющий затухание (добротность) ПФ.

В предлагаемом устройстве каждый из параметров фильтра задается соответствующим коэффициентом передачи, Частота квазирезонанса щ задается

О коэффициентом K и периодом Т повторения циклов работы устройства, коэффициенты с — К <, коэффициент d—

К . Коэффициент К задает общий ко20 эффициент передачи фильтра, Коэффициенты К» К„ и К для удобства расчетов равномерного использования диапазона выходных сигналов сумматора

3 выбираются равными — 1.

Амплитудно-частотные характеристики предлагаемого дискретно-аналогового фильтра обладают высокой стабильностью, так как они определяются только точностью коэффициента передачи сумматора и стабильностью частоты повторения цикла работы устройства и не зависят от величины и стабильности емкости конденсаторов блоков 1418 выборки и хранения, 35

Формула изобретения

Дискретно-аналоговый фильтр, со-. держащий первый входной ключ, соединенный через перный резистор с инвертирующим входом операционного усилителя, второй входной ключ, соединенный через второй резистор с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего блокбв выборки и хранения, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходными ключами, к инвертирующему входу операционного усилителя подключены третий, четвертый и пятый резисторы, а между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя включен шестой

55 Резистор упРавляющие входы третьего блока выборки и хранения и третьего выходного ключа соответственно соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а их первые входы со13435

35 ответственно соединены с первым и вторым выходами блока управления, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соответственно соединены с третьим и четвертым выходами блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого выходного ключа, второй выход — c управляющим входом первого блока выборки и хранения, третий выход — с 10 управляющим входом второго выходного ключа, а четвертый выход — с управляющим входом второго блока выборки и хранения, вход второго входного ключа соединен с общей шиной, о т л и — 15 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности формируемых передаточных функций, введены четвертый и пятый блоки выборки и хранения, третий и четвертый элементы ИЛИ, чет- 2О вертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходные ключи, входы четвертого, пятого и шестого вьгходных ключей соединены с выходом первого блока выборки и хранения, 25 вход седьмого выходного ключа соединен с выходом второго блока выборки и хранения, вход восьмого выходного ключа соединен с выходом третьего

Ьлока выборки и хранения, а входы де- д) вятого и десятого выходных ключей соединены с выходом четвертого Ьлока выборки и хранения, вход которого и вход пятого блока выборки и хранения соединены с выходом операционного усилителя, причем выход четвертого выходного ключа соединен с другим выводом третьего резистора, выходы пятого и десятого выходных ключей соединены с другим выводом четверто- 4р го резистора, выход шестого выходного ключа соединен с другим выводом пятого резистора, выходы седьмого, 1 восьмого и девятого выходных ключей соответственно через введенные седь- 45

49 8 мой, восьмой, девятый резисторы соединены с инвертирующим входом опера— ционного усилителя, выходы первого, второго и третьего выходных ключей через введенный десятый резистор соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, пятый выход блока управления соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и управляющим входом шестого выходного ключа, шестой выход блока управления соединен с первым входом четвертого элемента ИЛИ и управляющим входом первого входного ключа, седьмой выход блока управления соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИ и с управляющим входом четвертого выходного ключа, восьмой выход блока управления соединен с вторым вхо-. дом четвертого элемента ИЛИ и управляющим входом девятого выходного ключа, управляющие входы четвертого и пятого блоков выборки и хранения соответственноо соединены с шестым и восьмым выходами блока управления, первый и второй входы третьего элемента ИЛИ соединены с вторым и четвертым выходами блока управления, выход третьего элемента ИЛИ через введенный инвертор соединен с управляющим входом второго входного zmoча, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с управляющими входами восьмого и седьмого выходных ключей, управляющий вход пятого выходного ключа соединен с третьим выходом блока управления, управляющие входы девятого и десятого выходных ключей соответственно соединены с восьмым и первым выходами блока управления, причем выходы первого, второго, четвертого и пятого блоков выборки и хранения являются соответствующими выходами дискретно — аналогового фильт

1 ра.!

343549

2т

Составитель Н)., Чернышев

Редактор П. Гереши Техред М.Дидык Корр ек то р М . !1!а роши .

Заказ 483б/56

Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, А(-35, Раушская наб., д. 4/5

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