книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Продолжение табл. 13.2

311

мое звено задерживает сигнал на два периода коммутации (коэффициент передачи имеет множитель г“ 2).

Мало подвержено влиянию паразитных емкостей и хорошо согласуется с нагрузкой звено 10 выполненное на ОУ [7]. По частотным характеристикам оно хуже звеньев 1—7 и содержит большое число пассивных и активных элементов.

Экспериментальная полупроводни­ ковая микросхема SC-фильтра нижних

меры кристалла 1,7 X 2,5 мм. При ча­ стоте коммутации [т = 128мГц и ча­

стоте среза /ср = 3400 Гц неравномер­ ность в полосе пропускания составляет

ниях 5 %), динамический диапазон мик­ росхемы— 80 дБ (при нелинейных ис­ кажениях не более 1 %).

Для расчета активного SC ФНЧ необходимо знать частоту среза ампли­ тудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра /ср, неравномерность АЧХ в

полосе пропускания, частоту задержи­ вания /зд, определяющую ширину пе­ реходной полосы, и величину затуха­ ния в полосе задерживания. Помимо перечисленных параметров задается (или выбирается при расчете) частота коммутации ключей SC-фильтра fT и

тип аппроксимирующей характеристи­ ки фильтра.

Расчет фильтра начинают с перево­ да частоты /ср из плоскости р в плос­

кость s в соответствии с выражением

и определения в плоскости s нормиро­ ванной частоты задерживания

^зд = ^ ( я / зд//г)/^ ср. (13.5)

Затем по методике расчета актив­ ных /?С-фильтров [10] в плоскости s определяют степень аппроксимирующе­ го полинома (в соответствии с требуе­ мой №9Д и затуханием в полосе задер­ живания) и приведенные параметры

звеньев фильтра b\ и Ь2. Звенья SC-

фильтра выбирают исходя из ограничений, накладываемых предполагаемой техноло­ гией изготовления фильтра и условиями его применения. Используя формулы связи

(табл. 13.2) по параметрам Ьг = &,7щср, b2 = b2/w2р определяют отношения емкостей

SC-звеньев фильтра. Расчет оканчивают выбором емкостей в соответствии с особенностя­ ми технологии.

312

2. ФИЛЬТРЫ ВЕРХНИХ ЧАСТОТ С ДВУСТОРОННИМ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЗАРЯДОВ

Канонические реализации звеньев ВЧ 1-го порядка приведены в табл. 13.3. Первые три звена таблицы получаются из соответствующих звеньев нижних частот путем пере­ становки двухполюсников. Наименьшее число элементов содержит звено 1. Крутизна его характеристик при w < С2/(2СХ+ С2) составляет+ 2 0 дБ/дек в плоскости s. Недо-

Таблица 13.3

статком этого звена является нсединичное значение коэффициента передачи при w-> оо. Коэффициент передачи звена 2 при иъ->-оо равен единице, однако при до-* 0 минимальное значение коэффициента передачи не обращается в нуль и составляет Cx/(2 Ci + С*).

Наилучшую частотную характеристику имеет звено 3. Модуль коэффициента пере­ дачи холостого хода этого звена при w < С2/Сх имеет наклон + 2 0 дБ/дек в плоскости зу а при w -> 1 равен единице.

Звено 4 табл. 13.3 как и звено 4 табл. 13.1 задерживает сигнал. По частотным свой­ ствам звено 4 табл. 13.3 близко к звену 2 табл. 13.3.

313

Т а б л и ц а 13 .4

314

П родолж ени е т а б л . 1 3 .4

В табл. 13.4 приведены активные звенья ВЧ 2-го порядка. Они построены анало­ гично активным звеньям табл. 13.2. Звенья 1—7 табл. 13.4 получены заменой элементов известных [10] #С-звеньев. Звено 8 является упрощенным вариантом звена 1. В резуль­ тате упрощения схемы приведенный коэффициент передачи звена в полосе пропускания не достигает единичного уровня

близки к их SC-прототипам при узких полосах задерживания.

Активный SC-фильтр ВЧ рассчитывают аналогично активному SC-фильтру НЧ. Исходными данными для расчета являются частоты /ср и /зд, а также требования к не­

равномерности АЧХ в полосе пропускания и минимальному подавлению в полосе за­ держания. Кроме них задаются или выбираются частота коммутации ключей /у и тип

аппроксимирующей характеристики.

315

Расчет SC-фильтра ВЧ начинают с перевода частоты /ср в плоскость s и определения

нормированной частоты задерживания W3A в соответствии с выражениями (13.4) и (13.5). Затем по методике расчета активных /?С-фильтров ВЧ [10] в плоскости s определяют степень аппроксимирующего полинома и параметры звеньев фильтра. Для выбранного типа звеньев ВЧ (табл. 13.3, 13.4) определяют отношение емкостей. Выбор значений емкостей обусловлен технологией изготовления фильтра.

3. РЕЖЕКТОРНЫЕ ЕМКОСТНО-КЛЮЧЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ С ДВУСТОРОННИМ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЗАРЯДОВ

316

В случае SC-аналога двойного Г-моста крутизна S0 = 0,5. Для реализации SCаналога двойного Г-моста необходимо шесть конденсаторов и четырнадцать электронных

ключей.

Прототипом режекторных звеньев, которые нельзя представить в виде совокупности

одновременно коммутируемых SC-двухполюсников, является режекторный фильтр на распределенной RC-структуре (рис. 13.4, а). Емкостно-ключевые фильтры этого вида (рис. 13.4, б) содержат конденсаторы, соединенные неодновременно коммутируемыми ключами, и добавочный SC-двухполюсник. Цепочка конденсаторов подобно распределен­ ной ЯС-структуре задерживает сигнал во времени и ослабляет его. В качестве добавоч­ ного целесообразно [28] использовать SC-двухполюсник, эквивалентная схема которого представляет собой последовательную RL-цепь.

При анализе рассматриваемого вида режекторных SC-фильтров можно воспользо­ ваться эквивалентной схемой звена НЧ, состоящего из двух конденсаторов и неодно-

317

временно коммутируемых ключей (см. табл. 13.1). Эквивалентная схема фильтра (рис. 13.5, а) в общем виде представляет собой (рис. 13.5, б) лестничную цепь, в которой

*

« 0 - 1 ~~ Z2n—2

в главной диагонали которой располагают St — суммы сопротивлений в каждом из кон­ туров лестничной цепи, а в боковых диагоналях — сопротивления параллельных эле­ ментов лестничной цепи с отрицательными знаками. Искомые выражения определяют по формулам

— Z2 ! £ 2 + Z3 + Z 4 i

318

а выражение (13.8) принимает вид

^ = _________ £д f c + z H+ h ) + z J j __________

хх zA(zt + zi + z1) + z e(zI + i I + z1) - z |

С учетом соотношений (13.7) и (13.8) определим

Нуль коэффициента передачи на оси jw возникает при условии С* + Са = Сд. В этом случае

зависит от соотношения емкостей Ci и С2. При изменении этого соотношения изменяется

При Ci = С2 крутизна S = 0,5 равна крутизне SC-фильтра, прототипом которо­ го является двойной Т-мост. При Сх = = 5С2, CI = 10С2 и Ci > С2 крутизны со­ ставляют 0,83, 0,91 и 1 соответственно. Графики зависимости модуля коэффици­ ента передачи холостого хода от частоты для этих случаев изображены на рис. 13.7. Таким образом, рассматриваемый фильтр имеет лучшие селективные характеристики

319

по сравнению с SC-прототипом двойного Г-моста. Недостаток фильтра состоит в том, что нуль коэффициента передачи существует только при м>= 1. Для уменьшения часто­ ты нуля коэффициента передачи следует увеличить время задержки, увеличивая число конденсаторов в цепи задержки. Для цепи задержки с четырьмя конденсаторами (рис. 13.8) матрица

•

320