Фильтр с переключаемыми конденсаторами

.апй Вузйешз.р. 470, 21 я.2 (54) ФИЛЬТР С САТОРАМИ лов и Ю.Т.Бело 88, 8) пзассдопз оп сЧо 1. САЯ, У гсыса ЕКЛЮЧАИБМИ КОНДЕ юаСМ В Ж ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ПЯТ СССР А ВТОРСНОМУ СВ(57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использованов устройствах частотной селекции радиоприемных систем. Целью изобретенияявляется расширение динамического диапазона. Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит два операционныхусилителя (ОУ) 1 и 2, десять конденсаторов 3-12, семь переключателей 1 219, При соответствующем выборе номинала девятого конденсатора 11 статическое.напряжение, образующееся на неинвертирующих входах ОУ 1 и 2, равностатическому напряжению на их инвертирующих входах и компенсирует этонапряжение, в результате чего на выходе фильтра устанавливается нулевоестатическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее за счет инжекции канальныхзарядов, но и смещение самих ОУ. Уменьшение уровня тактовой помЕхи приводитк увеличению динамического диапазонаснизу, если фильтр с переключаемымиконденсаторами применяется без аналогового пост-фильтра, Увеличение динамического диапазона сверху осуществляется за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов,что приводит к усложнению фильтра,1 ил, 1610594Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной селекции радио- приемных устройств.Цель изобретения - расширение дина 5 мического диапазона.На чертеже показана принципиальная электрическая схема Фильтра с переключаемыми конденсаторами.Фильтр с переключаемыми конденсаторами содержит первый операционный усилитель 1, второй операционный усилитель 2, первый конденсатор 3, второйконденсатор 4, третий конденсатор 5, четвертый конденсатор 6, пятый кон. денсатор 7, шестой конденсатор 8, седь. мой конденсатор 9, восьмой конденсатор 10, девятый конденсатор 11, десятый конденсатор 12, первый переключа тель 13, второй переключатель 14, третий переключатель 15, четвертый переключатель 16, пятый переключатель 17, шестой переключатель 18 и седьмой переключатель 19.25Фильтр 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 операционных35 усилителей 1 и 2 и вызывают появление тактовой помехи на выходе фильтра, а инжектирование заряда из каналов МОП- транзисторов переключателей в седьмой40 конденсатор 9, шестой конденсатор 8 и восьмой конденсатор 10 создает постоянное смещение на инвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2, которое передается45 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 50 щение, образующееся за счет инжекции канальных зарядов этих переключателей в девятый конденсатор 1. При соответствующем выборе номинала девятого конденсатора 11 статическое напряжение, 55 образующееся на неинвертирующих входах первого и второго операционных усилителей 1 и 2, равно статическому,/с,; 7 61 напряжению на их инвертирующих входахи компенсирует это напряжение, в ре-: зультате чего на выходе фильтра устанавливается нулевое статическое смещение. При этом компенсируется не только смещение, возникающее эа счет 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, конденсатором 12, подаются на неинвертирующие входы первого и второго операционных усилителейи 2 и частично компенсируют паразитные импульсы, проникающие на выход фильтра через инвертирующие входы ОУ. Величина десятого конденсатора 12 при этом составляет величину порядка величины четвертого конденсатора 6.В Фильтре с переключаемыми конденсаторами статическое напряжение смещения может быть полностью устранено (скомпенсировано), а уровень тактовой помехи уменьшен на 20-30 дБ; при этом происходит увеличение динамического диапазона обрабатываемых сигналов сверху за счет увеличения максимального уровня обрабатываемых сигналов, причем это увеличение тем значитель" нее, чем сложнее Фильтр, состоящий иэ биквадратных звеньев предложенной конструкции, Уменьшение уровня тактовойпомехи приводит к увеличению динамического диапазона снизу, если фильтр с переключаемыми конденсаторами приме" няется без аналогового пост-Фильтра,Передаточная Функция в Е-плоскости предложенного устройства имеет видПодставляя значение з в выражениедля Н(з), имеем передаточную функциюбиквадратного звена в 2-плоскости20 с -т 1 гф т 2 ш(а-аг)2 + ш(а-а+аг)-1)2 + т(1 + Ь - Ь 1 251+8 +ЬгПриравнивая коэффициенты п 1 Ь 2 исвободные члены в выражениях для К(Е)и Н(2), полагая для упрощения К 4 = Кполучаем для коэффициентов фильтра спереключаемыми конденсаторами: 1 шК =а. - ;3 Ь,+а); 351 ш2 шьо, К 6 =Ъ4 Ь,К =2 а- - 1 О 11 ЬО К =ш(а+ а, К 4 -- 2 Гшьо ф К 5 Формулы, связывающие передаточные функции фильтра с переключаемыми кон денсаторами в Е и Р плоскостях, т,е.формулы для расчета коэффициентов К фильтра с ПК по заданным коэффициентам а и Ъ биквадратного звена, для четырех основных применений фильтра 45 приведены в таблице.Формула для расчета коэффициентов фильтра с ПК,Ст =-1,22 пФ. передаточная функция биквадратногозвена в з-плоскости имеет вид 2 +Н аз +аз+зг +Ь,з+Ьо нормированная комплексная частота; комплексная частота (в установившемся режиме р = ЗЯ)1частота дискретизации, Гц (частота коммутации пе 2ш(а,+а +аг) Е + сеЕгг 2 ыь П р и м е р, Требуется рассчитать полосовое звено с ПК по следующим параметрам:1. Центральная частота Г = 1 кГцО2. Добротность Я = 103. Коэффициент передачи на резо- нансе К = 1. 4. Частота дискретизации (тактировки) Г . = 100 кГц. а, а аг,Ъо., Ь- коэффициенты, определяющие вид частотной характеристики звена.Связь между коэффициентами переда-. точной функции фильтра с переключаемыми конденсаторами К(2) и биквадратного звена Н(з) устанавливается с помощью билинейного преобразования Пользуясь формулами для звена 2-гопорядка находим коэффициенты биквадратногозвена в з-плоскости:гЬ, =О. = = 1,5791 10т Яо 1) о1,2566 100а = К Ь, = 1 2566 10Пользуясь формулами, приведенными в таблице, получим: К, = 0; К = 0,09856; К щ 0,0122;К 4 = 0,2478; К = 0,2478;К = 0,096,Выбирая интегрирующие емкости второго 4 и четвертого 6 конденсатороводинаковыми и равными, например,100 пФ, для конденсаторов полосовогозвена имеет: С =0; С=9,856 пФ; С 4=100 пФ; С 5 = 9,86; С = 24,78 пф; С,о = 24,78 пФ; С 6 = 100 пФ; Величина девятого конденсатора 11 выбирается равной 0,516 величины шес.+ь, + ь,1 того 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 конденсато 5 ра 6, В данном примере С и = 12,79 пФ; ,С =0 пФ,Формула изобретенияФильтр с переключаемыми конденсаторами, содержащий первый операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, инвертирующий вход первого опе,рационного усилителя подключен к первым выводам первого, второго и третьего конденсаторов, второй вывод 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 дом фильтра с переключаемыми конден,саторами, входом которого являются вторые выводы первого и пятого конденсаторов, а вторые выводы четвертого и второго конденсаторов соединены соответствено с выходами второго и первого операционных усилителей, нормально замкнутые контакты первого и второго переключателей соединены соответственно с первым и вторым выво 35 дами третьего конденсатора, йормально разомкнутые контакты первого и второго переключателей соединены с общей шиной, а их подвижные контакты соединены соответственно с первым ивторым выводами шестого конденсатора,первый вывод которого соединен с первым выводом седьмого конденсатора,второй вывод которого соединен с подвижным контактом третьего переключателя, нормально замкнутый и нормальноразомкнутый контакты которого соединены соответственно с вторым выводомпервого конденсатора и общей шиной,при этом нормально замкнутые контак/ты четвертого и пятого переключателей соединены соответственно с выходом первого операционного усилителяи общей шиной, а их нормально разомкнутые контакты соединены соответственно с общей шиной и первым выводомчетвертого конденсатора, при этомподвижные контакты четвертого и пятого переключателей соединены с вторыми первым выводами восьмого конденса- .тора, отличающийся тем,что, с целью расширения динамическогодиапазона, введены девятый и десятыйконденсаторы, шестой и седьмой переключатели, подвижные контакты которыхсоединены соответственно с первым ивторым выводами девятого конденсатора, нормально замкнутый контакт шестого и нормально разомкнутый контактседьмого переключателей соединены спервым выводом десятого конденсатораи неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй выводдесятого конденсатора, нормально ра".зомкнутый контакт шестого и нормальнозамкнутый контакт седьмого переключателей соединены с общей шиной,