DE2806921C2 - Filter circuit with a third degree transfer function - Google Patents
Filter circuit with a third degree transfer functionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Filterschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs !.The invention relates to a filter circuit according to the preamble of claim!
Zum Aufbau aktiver Fiiterschaltungen sind bereits eine Reihe von Schaltungsprinzipien bekanntgeworden. Unter anderem ist es bekannt, spulenlose aktive Filterschaltungen unter Zuhilfenahme von sog. Operationsverstärkern zu realisieren. Es ist zwischenzeitlich auch eine Schaltung dieser Art bekanntgeworden, die es gestattet eine Übertragungsfunktion dritten Grades zu realisieren. Im einzelnen ist diese Schaltung in der Zeitschrift »IEEE Transaction on Circuits and Systems«, VoL CAS-22, Nr. 4, April 1975, Seiten 329 bis 334, beschrieben, und es hat diese Schaltung auch die Eigenschaft, daß ein Dämpfungspol bei endlichen Frequenzen erzeugt werden kann.A number of circuit principles have already become known for setting up active filter circuits. Among other things, it is known to use coilless active filter circuits with the aid of so-called operational amplifiers to realize. In the meantime, a circuit of this type has also become known that it allows a third degree transfer function to be implemented. In detail, this circuit is in the Magazine "IEEE Transaction on Circuits and Systems", VoL CAS-22, No. 4, April 1975, pages 329 to 334, and this circuit also has the Property that a pole of attenuation can be generated at finite frequencies.
Auch bei dieser bekannten Schaltung wird ein Operationsverstärker in Verbindung mit Widerständen und Kondensatoren verwendet Wie sieb zeigt, braucht sie jedoch eine größe.« Anzahl von Kondensatoren, was für den Aufbau in integrierter Schaltungstechnik als störend anzusehen ist Erschwerend kommt hinzu, daß die bekannte Schaltung hinsichtlich ihrer Übertragungsfunktion nicht bedingungsfrei vom Grad 3 ist, d. h, bei Variation der Schaltelemente ändert die Schaltung ihren Grad.This known circuit also uses an operational amplifier in conjunction with resistors and capacitors used As sie shows, however, it needs a size. «Number of capacitors, what for the construction in integrated circuit technology is to be regarded as annoying. A further complicating factor is that the known circuit is not unconditionally grade 3 with regard to its transfer function, d. h, at Variation of the switching elements changes the degree of switching.
Aus der Zeitschrift »Wissenschaftliche Berichte AEG-Teiefunken 43, (1970) 1, Seiten 46 bis 62 ist ein allgemeines Verfahren zur Synthese aktiver RC-Filter bekannt, bei dem das Prinzip der Vorwärts- und Rückwärtskopplung angewendet wird. Aus dieser Druckschrift ist eine Filterschaltung mit eticr Übertragungsfunktion beliebigen ganzzahligen, also auch implizit dritten Grades, die aus einem Operationsverstärker und zwischen seinem Ausgang und seinen beiden (invertierenden und nicht invertierenden) Eingängen angeordneten Widerständen und Kondensatoren besteht, und die eine durchgehende, auf Bezugspotential liegende Leitung hat, bekannt. Die Beschallung beider Eingänge des Operationsverstärkers ist dem Bild 2 zu entnehmen. Die in diesem Bild nicht gezeichnete, auf Bezugspotential Hegende Leitung ist, wie aus Bild 3 dieser Druckschrift zu sehen ist, jeweils mit den beiden RC-t-Toren 1 und 2 verbunden und dient, wie allgemein üblich, auch als Bezusspotential für das Eingangs- und Ausgangssignal des Filters.From the journal »Scientific reports AEG-Teiefunken 43, (1970) 1, pages 46 to 62 is a general method for the synthesis of active RC filters known, in which the principle of forward and backward coupling is applied. A filter circuit with an eticr transfer function is from this publication any integer, i.e. also implicitly third degree, which consists of an operational amplifier and arranged between its output and its two (inverting and non-inverting) inputs There are resistors and capacitors, and the one continuous line at reference potential has known. The sound system for both inputs of the operational amplifier can be seen in Figure 2. the in this figure, not shown, is at reference potential Hegende line, as in Figure 3 of this publication can be seen, each connected to the two RC-t-ports 1 and 2 and, as is common practice, also serves as a reference potential for the input and output signal of the filter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ÄC-Filterschaltung der einleitend erwähnten Art anzugeben, bei der einerseits die Übertragungsfunktion bedingungsfrei vom Grad 3 bleibt und andererseits die Zahl der Kondensatoren möglichst gering gehalten werden kann.The invention is based on the object of providing an AC filter circuit of the type mentioned in the introduction specify, in which, on the one hand, the transfer function remains unconditionally of degree 3 and, on the other hand, the Number of capacitors can be kept as low as possible.
Ausgehend von der einleitend genannten Filierschaltung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs I gelöst.Based on the filtering circuit mentioned in the introduction this object is according to the invention according to the characterizing features of claim I. solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements are given in the subclaims.
Entsprechend den einleitend erwähnten Forderungen ist also die Aufgabe zu lösen, eine Schaltung, insbesondere eine Tiefpaßschaltung anzugeben, die die folgende Übertragungsfunktion hat.In accordance with the requirements mentioned in the introduction, the task to be solved is to create a circuit, in particular to specify a low-pass circuit which has the following transfer function.
= T0 = T 0
ρ + aρ + a
In der vorstehenden Gleichung bedeutet p=jcu die komplexe Frequenz, T0 ein konstanter Faktor zur Einstellung der Grunddärnpfung bzw. Grundverstärkung, λ ist sine Polsteile auf der reellen Achse der komplexen Frequenzebene, ωρ die Polfrequenz und Qp die Polgüte eines komplexen Polpaares, und ωζ ist die Frequenz des Dämpfungspoles; die Übertragungsfunktion IXp) ist gleichzeitig ein Maß für das Spannungsverhältnis der Ausgangsspannung Ui zur Eingangsspannung U\. ■ In the above equation, p = jcu means the complex frequency, T 0 a constant factor for setting the basic attenuation or basic gain, λ is its pole parts on the real axis of the complex frequency plane, ω ρ the pole frequency and Q p the pole quality of a complex pole pair, and ω ζ is the frequency of the damping pole; the transfer function IXp) is also a measure of the voltage ratio of the output voltage Ui to the input voltage U \. ■
Im folgenden wird anhand der Zeichnung die Schaltung noch im einzelnen erläutertIn the following, the circuit is explained in detail with reference to the drawing
In der Zeichnung ist zu erkennen, der mit den Bezugsziffern 2 und 1 bezeichnete Filtereingang, und der mit den Bezugsziffern 3 und 1 bezeichnete Fiiterausgang, wobei mit ί zugleich eine durchgehende, auf einem Bezugspotential, beispielsweise Niassepotential, liegende Leitung kenntlich gemacht ist Am Filtereingang liegt die Spannung U\, am Fiiterausgang die Spannung Ui. Vom Filtereinang 2 führt ein Widerstand Gc auf den nichtinvertierenden Eingang 5 eines Operationsverstärkers 4. Vom Eingang 5 aus führt eine erste Parailelschaltung aus einem Widerstand Gd und einem Kondensator Ca zur durchgehenden Leitung 1, während eine zweite Parallelschaltung aus einem Widerstand Gb und einem Kondensator Cb zum Ausgang 3 des Operationsverstärkers führt Wie dem Schaltbild unmittelbar zu entnehmen, stellt der Ausgang des Operationsverstärkers zugleich den Filterausgang 3 dar, was in schaltungstechnischer Hinsicht und in Hinsicht auf eine integrierte Aufbauweise besonders vorteilhaft ist Weiterhin ist der Ausgang des Operationsverstärkers 4 über einen Kondensator Ci mit seinem invertierenden Eingang 6 verbunden, der wiederum über den Widerstand Gi, mit der durchgehenden Leitung 1 verbunden ist Der Ausgang 3 des Operationsverstärkers 4 ist weiterhin über einen Widerstand Gi mit einem Schaltungsknoten 7 verbunden, von dem aus einerseits ein Widerstand G\ zum nicht invertierenden Eingang 6 und andererseits ein Widerstand G zum Filtereingang 2 geschaltet ist Am Schaltungsknoten 7 liegt ferner eine Parallelschaltung aus einem Widerstand Gs und einem Kondensator Cu deren zweiter Anschlußpunkt unmittelbar zur durchgehenden Leitung 1 führtThe drawing shows the filter input labeled with the reference numerals 2 and 1 and the filter output labeled with the reference numerals 3 and 1, with ί simultaneously indicating a continuous line at a reference potential, for example Niassepotential, at the filter input the voltage U \, at the filter output the voltage Ui. From the filter input 2, a resistor Gc leads to the non-inverting input 5 of an operational amplifier 4. From the input 5, a first parallel circuit of a resistor Gd and a capacitor Ca leads to the continuous line 1, while a second parallel circuit of a resistor Gb and a capacitor Cb leads to the output 3 of the operational amplifier performs As indicated in the diagram immediately, the output of the operational amplifier at the same time the filter output -3, which is particularly advantageous in circuit-technical point of view and with regard to an integrated construction manner Further, the output of the operational amplifier 4 via a capacitor Ci with its inverting input 6, which in turn is connected to the continuous line 1 via the resistor Gi. The output 3 of the operational amplifier 4 is also connected via a resistor Gi to a circuit node 7, from which on the one hand a resistor G \ to non-inverse animal input 6 and on the other hand a resistor G is connected to the filter input 2. At the circuit node 7 there is also a parallel connection of a resistor Gs and a capacitor Cu, the second connection point of which leads directly to the continuous line 1
Wenn es darauf ankommt, herstellungstechnisch günstige Schaltelemente zu erzielen, können in die vorbeschriebene Schaltung noch drei zusätzliche Widerstände eingebracht werden, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt und mit den Bezugsziffern Gt, Gi, und Gi versehen sind. Der Widerstand Gs liegt im Eingangsquerzweig, der Widerstand Gt im Ausgangsquerzweig und der Widerstand Gj überbrückt die Schaltung vom Filtereingang 2 zum Filterausgang 3. Es können dabei zwei dieser zusätzlichen Widerstände den Wert Unendlich annehmen, d. h. also, es kann gegebenenfalls nur eine, oder es können auch nur zwei zusätzliche Widerstände geschaltet sein.If it is important to achieve switching elements that are advantageous in terms of production technology, three additional resistors can be introduced into the circuit described above, which are shown in dashed lines in the drawing and provided with the reference numerals Gt, Gi, and Gi . The resistor Gs is in the input branch, the resistor Gt in the output branch and the resistor Gj bridges the circuit from filter input 2 to filter output 3. Two of these additional resistors can have the value infinite, that is, only one or it can only two additional resistors have to be connected.
Eine günstige Bemessung der Schaltung ist insbesondere dann gegebdi, wenn die Beziehung (Gc+Gd)/ f>i Ca = Gb/Cb= G/C\ eingehalten wird. In diesem Fall lassen sich nämlich die Schaltelementewerte beim Filterentwurf durch Lösung von linearen und einer quadratischen Gleichung errechnen. Vorstehend bedeuten G, Gb, Gc, Gd bzw. CA, Cr Q die Leitwerte bzw. die Kapazitätswerte der entsprechend zugeordneten Widerstände bzw. Kondensatoren.A favorable dimensioning of the circuit is given in particular if the relationship (Gc + Gd) / f> i Ca = Gb / Cb = G / C \ is observed. In this case, the switching element values can be calculated when designing the filter by solving linear and quadratic equations. Above, G, Gb, Gc, Gd or C A , Cr Q denote the conductance values or the capacitance values of the correspondingly assigned resistors or capacitors.
Für die Zuschaltung der gestrichelt eingezeichneten Widerstände G5 bis G7 gilt noch folgende Überlegung.The following consideration also applies to the connection of the resistors G 5 to G 7 shown in dashed lines.
Um den Flächenbedarf eines Filters bei Realisierung in eine Schichttechnik, wie z.B. in Dünnfilmtechnik gering zu halten, muß das stets frei verfügbare Impedanzniveau optimal gewählt werden. Darüber hinaus ist meist durch Anwendung der ?r-^Transformation eine Herabsetzung der Widerstandsssuinme bei konstanter Kapazitätssumme möglich. Nun ist meist ein solches Widerstands-JT-Glied nicht von vornherein vorhanden. Es kann aber oft durch Hinzufügen von Widerständen, die die Übertragungsfunktion des Filters nicht ändern, ein jr-GIied erzeugt werden. Solche Widerstände können parallel zum Filtereingang (bei üblicher Speisung aus idealer Spannungsquelle) bzw. Fiiterausgang, überbrückend vom rfngang zum Ausgang sowie parallel zum Operationäversiärker gelegt werden.To cover the area required by a filter when implemented using a layer technology, such as thin-film technology To keep it low, the impedance level that is always freely available must be optimally selected. About that addition is mostly by applying the? r- ^ transformation a reduction of the resistance sum possible with a constant total capacitance. Well is mostly a such a resistor JT link is not a priori available. But it can often be done by adding resistors that increase the transfer function of the filter do not change, a jr-member will be generated. Such resistors can be installed parallel to the filter input (at usual supply from an ideal voltage source) or filter output, bridging from the input to the output as well as placed parallel to the operating surgeon will.
Zusammenfassung
Aktive Filterschaltungsummary
Active filter circuit
Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Filterschaltung, bei der eine Übertragungsfunktion dritten Grades mit einer möglichst geringen Anzahl von Widerständen und Kondensatoren und nur einem Operationsverstärker realisiert werden soll. Erfindungsgemäß ist hierzu vom Filtereingang (2) ein Widerstand (Gq) an den nicht invertierenden Eingang (5) eines Operationsverstärkers (4) geschaltet Hier sind zwar Parallelschaltungen aus je einem Widerstand (Gd bzw. Gb) und je einem Kondensator (Ca bzw. Cb) angeschaltet, die zu einer durchgehenden Leitung (1) bzw. zum Ausgang (3) des Operationsverstärkers (4) führen, der über einen Kondensator (C2) mit seinem invertierenden Eingang (6) verbunden ist Dort liegt ein Widerstand (G4) zur durchgehenden Leitung (1). Der Ausgang (3) ist über eir.e Widerstands-Kondensatorschaltung (Gi, G% bzw. G bzw. G3, G) mit dem invertierenden Eingang (6) bzw. mit dem Filtereingang (2) bzw. mit dsr durchgehenden Leitung (1) verbunden. Die Schaltung kann insbesondere in Schichttechnik aufgebaut werden und eignet sich als Selektionsmittel in Nachrichtenübertragungssystemen (F ig. 1).The invention relates to an active filter circuit in which a transfer function of the third degree is to be implemented with the smallest possible number of resistors and capacitors and only one operational amplifier. According to the invention this is a resistor (Gq) to the non-inverting input (5) connected in an operational amplifier (4) from the filter inlet (2) Here, although parallel circuits of one resistor (Gd or Gb), and one capacitor (Ca or Cb ) , which lead to a continuous line (1) or to the output (3) of the operational amplifier (4), which is connected to its inverting input (6) via a capacitor (C 2 ). There is a resistor (G4) there continuous line (1). The output (3) is connected via a resistor-capacitor circuit (Gi, G% or G or G3, G) to the inverting input (6) or to the filter input (2) or to the continuous line (1 ) tied together. The circuit can in particular be built up using layer technology and is suitable as a selection means in communication systems (FIG. 1).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (4)
Priority Applications (1)
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DE19782806921 DE2806921C2 (en) | 1978-02-17 | 1978-02-17 | Filter circuit with a third degree transfer function |
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DE19782806921 DE2806921C2 (en) | 1978-02-17 | 1978-02-17 | Filter circuit with a third degree transfer function |
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DE2806921C2 true DE2806921C2 (en) | 1985-11-14 |
Family
ID=6032311
Family Applications (1)
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DE19782806921 Expired DE2806921C2 (en) | 1978-02-17 | 1978-02-17 | Filter circuit with a third degree transfer function |
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Families Citing this family (1)
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DE2813946C2 (en) * | 1978-03-31 | 1980-01-31 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Filter circuit with a biquadratic transfer function |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2327016B2 (en) * | 1973-05-26 | 1977-06-16 | Lüder, Ernst, Prof. Dr.-Ing.habil., 7000 Stuttgart; Tilch, Hans-Jürgen, Dipl.-Ing., 7310 Plochingen | ASSEMBLY UNIT FOR HYBRID LAYERS |
-
1978
- 1978-02-17 DE DE19782806921 patent/DE2806921C2/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2327016B2 (en) * | 1973-05-26 | 1977-06-16 | Lüder, Ernst, Prof. Dr.-Ing.habil., 7000 Stuttgart; Tilch, Hans-Jürgen, Dipl.-Ing., 7310 Plochingen | ASSEMBLY UNIT FOR HYBRID LAYERS |
Non-Patent Citations (2)
Title |
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GB-Z.: IEEE-Transactions on Circuits and Systems, April 1975,, S.329-334 * |
Wissenschaftliche Berichte AEG-Telefunken 43, 1970, S.46-62 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2806921B1 (en) | 1979-07-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8225 | Change of the main classification |
Ipc: H03H 11/12 |
|
8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: NOSSEK, JOSEF, DIPL.-ING., 8000 MUENCHEN, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |