Дискретно-аналоговый фильтр

(19) (И Н 03 Н 19/00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ выходные клю/02, 0402.БЙ ФИЛЬТР функциональние точностиных функцийфильтр содероперационны4-3, блоки ных возможностеи и повышеформирования передаточДискретно-аналоговый жит входные ключи 1 и 2,усилитель 3, резисторы 14-8 выборки и хранения, чи 19-28, элементы ИЛИ 33 управления и инвертор управления за один цикл рует восемь импульсных1343549 39 За рН 9 ЗО напряжений, следующих друг за другомс задержкой, равной длительности тактового импульса, и включающих соответствующие ключи, Каждому импульсному напряжению соответствует такт решения устройства, Фильтрация входного сигнала обеспечивается за счет того, что он является дискретно-аналоИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах частотной коррекциив устройствах управления, автоматикеи свя зи,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей и повышение точности формирования передаточных функций.На фиг. 1 приведена принципиальная схема дискретно-аналогового фильтра; на фиг, 2 - временные диаграммывыходных напряжений блока управления;на фиг. 3 - таблица, содержащая порядок и содержание выполняемой операции.Дискретно-аналоговый фильтр состоит иэ первого 1 и второго 2 входныхключей, операционного усилителя 3,первого 4, второго 5 третьего 6,четвертого 7, пятого 8, шестого 9,седьмого 10, восьмого 11, девятого12 и десятого 13 резисторов, первого14, второго 15, третьего 16, четвертого 17 и пятого 18 блоков выборки ихранения, первого 19 второго 20,третьего 21, четвертого 22, пятого23, 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 34Дискретно-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 . тактового импульса, Наличие импульса на выходе генератора привоцит к включению ключей, которые говым эквивалентом активного фильтравторого порядк на интеграторах. Взависимости от того, с какой точкисхемь снимается выходное напряжение,устройство может выполнять функциифильтров верхних и нижних частот,полосового фильтра и режекторногоультра, 3 ил,управляются от него, Каждому импульсному напряжению соответствует свойтакт решения устройства, Последовательность и содержание выполняемойоперации в каждом такте решения иномера включенных ключей приведеныв таблице на фиг. 3.Перный тактоный импульс, поступающий с пятого выхода блока 33 управ ления,включает шестой выходной ключ24 и подключает выход первого блока14 выборки и хранения к пятому резистору 8, Сигнал лог, "1" на выходеинвертора 34 включает второй входной 15 ключ 2 и подключает неинвертирующийвход операционного усилителя 3 к шине нуленого потенциала, Кроме того,первый тактовый импульс поступает натретий вход первого элемента ИЛИ 29 20 и с его выхода на управляющий входтретьего блока 16 выборки и хранения,обеспечивая заряд запоминающего конденсатора до напряжения, равного напряжению на выходе операционного уси лителя 3, Это напряжение рассчитыва.ется по формуле напряжение на выходе операционного усилителя 3;напряжение на выходе первого блска выборки и хранени 5коэффициент передачи повходу шесть;напряжение на запоминающемконденсаторе С. Блоки выборки и хранения обеспечи Вают повторение напряжения на конденсаторе на его выход с коэффициентомпередачи +1, Поэтому напряжение навыходе третьего блока 16 выборки ихранения, формируемое в первом тактеработы устройства, можно записатьследующей формулой 1343549 4первый элемент ИЛИ 29 и обеспечивает запись нового напряжения на выходе третьего блока 16 выборки и хранения, рассчитываемого по формуле= - - коэффициенты передачи.В 1 40 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 остается подключенным к общей шине. Кроме того, третий тактовый импульс поступает на управляющий вход третьего блока 16 выборки и хранения через"з 11 зэз11 осле окончания первого такта работы устройства импульс напряжения с 1пятого 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, 15Следом за первым тактовым импульсом 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 1 О и восьмому 11 резисторам. Кроме того, второй тактовый импульс поступает на управляющий 30 вход четвертого блока 17 выборки и хранения, обеспечивая запись напряжения на его выходе, которое рассчитывается по формуле(6) ззз 391 ззя 7,7Вогде К = -- коэффициент передачи.ВШестой 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(4)Цзэ 11 зэ, КзВЭгде К = --- коэффициент передаВьчи.Четвертый тактовый импульс, поступающий с восьмого выхода блока 33 управления, включает седьмой 25, восьмой 26 и девятый 27 выходныеф 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 на его выходе устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле11 зэ 11 зэ, К з 11 ззз К я (5)зэКь э4где К = --- коэффициент передаьчи,Пятый тактовый импульс, поступающий с первого выхода блока 33 управления, включает первый 19 и десятый28 выходные ключи, подключая выходпервого блока 14 выборки и храненияк десятому резистору 13, а выход четвертого блока 17 выборки и хранения - ,к четвертому резистору 7. Второйвходной ключ 2 остается включенным,а также включается ключ третьего блока 16 выборки и хранения через первый элемент ИЛИ 29 и на его выходеустанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле(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 6 выборки и хранения устанавливается напряжение, рассчитываемое по формуле ЪЗ 39 331 7Восьмой 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 0 ьз Цзэз2(9)11 о 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 дискретно- аналоговым 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 данным устройством фильтров является РФ, Его передаточная функция можетбыть записана в следующем ниде(Р 1=7 где ы - частота квазирезонанса;с - коэффициент, определяющийрежекцию (подавление) РФ;10Й - коэффициент, определяющийзатухание (добротность) Пф.В предлагаемом устройстве каждыйиз параметров фильтра задается соответствующим коэффициентом передачи,Частота квазирезонанса щ задаетсяокоэффициентом К, и периодом Т повторения циклов работы устройства, коэффициенты с - К , коэффициент д -К . Коэффициент К задает общий ко 20эффициент передачи фильтра, Коэффициенты К, К и К для удобства расчетов равномерного использования диапазона выходных сигналов сумматора3 выбираются равными - 1,Амплитудно-частотные характеристики предлагаемого дискретно-аналогового фильтра обладают высокой стабильностью, так как они определяютсятолько точностью коэффициента передачи сумматора и стабильностью частотыповторения цикла работы устройстваи 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 инвер.тирующим входом операционного усилителя, второй входной ключ, соединенный через второй резистор с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего блоков 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 третьегоблока выборки и хранения и третьего выходного ключа соответственно соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, а их первые входы со 13435ответственно 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 - а 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения стабильности формируемых передаточных функций, введены четвертый и пятый блоки выборки и хранения, третий и четвертый элементы ИЛИ, чет вертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходные ключи, входы четвертого, пятого и шестого выходных 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 ключейсоединены с выходом четвертого Ьлока выборки и хранения, вход которого и вход пятого блокавыборки 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 го резистора, выход шестого выходного ключа соединен с другим выводом пятого резистора, выходы седьмого, 1восьмого и девятого выходных ключей соответственно через введенные седь 49 8мой, восьмой, девятый резисторы соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, выходы первого,второго и третьего выходных ключейчерез введенный десятый резисторсоединены с неинвертирующим входомоперационного усилителя, пятый выходблока управления соединен с третьимвходом первого элемента ИЛИ и управляющим входом шестого выходного ключа, шестой выход блока управлениясоединен с первым входом четвертогоэлемента ИЛИ и управляющим входомпервого входного ключа, седьмой выход блока управления соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИи с управляющим входом четвертоговыходного ключа, восьмой выход блока управления соединен с вторым вхо-.дом четвертого элемента ИЛИ и управляющим входом девятого выходного ключа, управляющие входы четвертого ипятого блоков выборки и хранения соответственноо соединены с шестым ивосьмым выходами блока управления,первый и второй входы третьего элемента ИЛИ соединены с вторым и четвертым выходами блока управления,выход третьего элемента ИЛИ черезвведенный инвертор соединен с управляющим входом второго входного клнтча, выход четвертого элемента ИЛИсоединен с управляющими входами восьмого и седьмого выходных ключей, управляющий вход пятого выходного ключа соединен с третьим выходом блокауправления, 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 фильтра.343549 г оставитель И., Чернышевехред М.Дидык Корректор М. 1 ароши актор П, Ге Тираж ПИ Го ного ний Ра ела Мос 4/5 роизводственно-полиграфическое предприятие,г л, Проектная аказ 483 б/56 ВНИИ и 11303901ударствеизобретва, А(-35 Подписноеомитета СССоткрытийкая наб д