14-40 CHUNG-YU WU
SCF:
14-41 CHUNG-YU WU
General Procedures for the approximate design of SC ladder filter
:1. A doubly terminated LC two-port is designed from
the SCF specifications can be prewarped using the relation:
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Wa = |
2 |
sin( |
ωT |
) |
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|||||||||||||||||||
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|
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||||||||||||||||||||||
|
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T |
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2 |
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||||||
which represents the frequency transformation due to |
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the LDI transformation implicit in the design |
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produce. |
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|||||
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Inverting SC integrator + Noninverting SC integrator |
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H(z)= |
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(C |
/ C |
) |
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(C / C |
) |
noninv |
z−1 |
||||||||||||||||||||
|
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1 |
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|
2 |
|
inv |
|
1 |
|
2 |
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|||||||||||||||||
|
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|
|
|
|
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1 − z−1 |
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|||||||||||||||||||
|
|
1− z−1 |
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|||||||||||||||||||
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||||||||||||||
= |
− Kz −1 |
|
= |
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|
|
|
|
− K |
|
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|
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||||||||||||||||||
|
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|
2 |
|
|
|
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|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
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||||||||||||||||
|
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(1 − z |
−1 |
) |
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|||||||||||||
|
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(z |
|
− z− |
|
|
)2 |
|
|
|
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|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
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|||||||||||||||||||||||
|
|
Ton z=ejωT |
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|||||
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|
jωT |
|
|
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|
|
|
|
+ K |
|
|
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|||||||||||||
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> H(e |
|
|
)= |
|
|
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|
|
||||||||||||||||||
|
|
4sin2 (ωT / 2) |
|
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|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
LDI mapping (Lossless discrete integrator): |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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Sa= |
1 |
|
(z − z−1 ) |
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2T |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− z− |
|
|
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|
||||||||||||||
If |
is used |
|
> Sa= |
|
|
(z |
|
|
|
) |
|
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||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
T |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Sin(ωT ) |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
> ωa= |
|
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|
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||||||||||||||||||||||
|
|
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T / 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||||||||||
2.The state equations of the LCR circuit are found. The signs of the voltage and current variables must be chosen
such that inverting and noninverting integrators alternate in the implementation. If inductor loops exit, the inductive node currents can be used.
14-43 CHUNG-YU WU
Flow diagram
The center block has the transfer function:
H(Sa)=SaCL2- |
1 |
= |
|
1− Sa |
2 L2CL2 |
= − |
1−(SaT / 2)2 |
Sa L2 |
|
Sa L2 |
Sa L2 |
||||
|
|
|
|
||||
Transformation of the blocks into SC circuits:
(1)Finding Q-V relations of all blocks and branches in the Sa domain.
(2)Transforming the Q-V relations into the z-domain.
(3)Realizing the transformed z-domain equations into SC circuits.
Five different blocks:
(a) The input branch 1Rs
14-44 CHUNG-YU WU
Q |
(S |
)= |
1 |
V |
1 |
Rs |
|
||||
in |
a |
|
in Sa |
||
Qin (z)= T z +1Vin (z)
2 z −1 Rs
> (1-z-1)Qin = 2TRs (1+z-1)Vin(z)
C
qin(tn)-qin(tn-1)= 2s [Vin(tn)+Vin(tn-1)]
SC realizations:
Optional. To guarantee the charge flow only when φ1=1
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φ1 |
|
|
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|
C |
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
||
|
CS/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
φ |
|
|
|
|
|
φ |
|
|
|
|
|
|
s |
: |
|
s |
[Vin (tn ) −Vin (tn −1 )] |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||||
Vin |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Virtual |
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cs : Cs Vin (tn-1) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ground |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
CS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CP |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* Not stray insensitive. |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Cp + Cs not Cs |
||||||||
(b) The feedback branch |
|
Rs , |
RL |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cs |
|
|
|
|
Cs |
|
||||
Vin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Virtual |
|
− |
|
: − |
[Vin (tn ) −Vin (tn−1 )] |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ2 |
|
|
|
ground |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|||||||
-C /2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ2 CS |
|
|
|
φ2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cs: CsVin(tn) |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
φ1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cs |
[Vin(tn)+Vin(tn-1)] |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* Stray insensitive. |
||||||||||||
(c)The branches SaC |
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Q =CS |
|
1 |
|
|
|
=C |
|
|
|
|
|
Only a C is required. |
|||||||||||||||||||||||
a Sa |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
(d) The blocks - |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
||||||
SaC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
= −C > OP with a feedback capacitor C. |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
14-48 CHUNG-YU WU
The same as before but now three functions are superposed together. ( ∆Q2 "/V1 , ∆Q2 "/(−V2 ), ∆Q2 "/V3 )
Conditions: |
C4C7 |
= T 2 |
= 4CL1 ; |
C5C7 |
=T 2 ( |
1 |
+ |
1 |
+ |
1 |
) = 4(CL1 +CL2 +CL3 ) |
|
C |
|
|
||||||||||
|
C8 |
|
L2 |
|
||||||||
|
8 |
L |
|
|
L1 |
|
L3 |
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C6C7 = T 2 = 4CL3
C8 L3
Stage providing Q2”(z):
V1 |
-V2 |
V3 |
|
|
LC prototype circuit: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
C |
C |
C6 |
|
C1 |
|
C3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
V2 |
V |
|
|
|
|
|
|
3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1 |
|
|
|
|
|
|
|
L1 |
C2 |
L3 |
|
|
|
|
|
|
L2 |
|
|
|
C8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q "(z) |
|
|
|
|
|
|
C7 |
2 |
Vitrual |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ground |
|
|
|
SC realization:
Design equations: |
|
|
|
c1 |
c3 |
|
|
|||||
CL1=T2/(4Li) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
c1=C1+CL1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
c2=C1+C2+C3+CL1+CL2+CL3 |
|
|
|
|||||||||
c3=C3+CL3 |
|
|
|
|
V1 |
c2 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
c8 |
CL1 |
|
|
|
|
|
Vt=-V2 |
V |
|
||
c4= 4 c |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c = |
4 c8 |
(C |
|
+C |
|
+C |
|
c4 |
c5 |
c6 |
|
|
|
|
|
) |
|
|
|
||||||
5 |
c |
7 |
|
L1 |
|
L2 |
|
L3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c c6= 4 c8 CL3
7
c7, c8 |
arbitrary |
c7 |
c8 |
|
|
||
|
|
|
Vb |



V
c