DE3002056A1 - Elektrische filterschaltung unter verwendung von wenigstens einer simulierten induktivitaet, die gesteuerte schalter, kondensatoren und verstaerker enthaelt - Google Patents

Description

• Elektrische Filterschaltung unter Verwendung von
• wenigstens einer simulierten Induktivität, die gesteuerte Schalter, Eondensat ren und Verstärker enthält Zusatz zu Patent .. .. ... (Äktz.: P 29 32 419.4) Die Erfindung betrifft eine elektrische Filterschaltung unter Verwendung von weinigstens einer simulierten Induktivität, die nach vorgegebenen Taktphasen gesteuerte Schalter, Kondensatren und Verstärker enthalt und bei der ein Operationsverstärker vorgesehen ist, zwischen dessen Ausgang und invertierendem Eingang ein Kondensator geschaltet ist und dessen nichtinvertierender Eingang an ein festes Bezugspotential, insbesondere Massepotential, geschaltet ist und bei der weiterhin vom invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein Schalter es13) zu einem ersten Schaltungsknoten führt, von dem aus ein Kondensator nach Massepotential geschaltet ist und ein Schalter zu einem zweiten Schaltungsknoten führt, von dem aus ein Kondensator nach Massepotential geschaltet ist, und weiterhin vom zweiten Schaltungsknoten ein Schalter (S15) zum invertierenden Eingang, ein weiterer Schalter (S16) zum Ausgang des Operationsverstärkers und ein weiterer Schalter (S23) zur ersten Eingangsklemme führen, und die Schalter S13 und S23 gleichzeitig während einer Taktphase 3 schließen und in anschließenden, zeitlich nicht überlappenden Taktphasen 4, 5, 6 die Schalter S14, S15 und S16 nacheinander geschlossen sind und weiterhin der vom zweiten Schaltungsknoten ausgehende Kondensator einerseits über einen Schalter mit der zweiten Eingangsklemme und andererseits über einen Schalter (S456) mit Bezugspotential verbunden ist und diese beiden Schalter S33 und S456 entsprechend während der Taktphase 3 bzw. 4, 5 und 6 nacheinander geschlossen sind, nach Patent .. .. ... (Aktz.: P 29 32 419.4).
• Schaltungen der vorbezeichneten Art sind im Hauptpatent bereits angegeben und es ermöglichen diese Schaltungen die aktive Realisierung von Induktivitäten, insbesondere für solche Filterschaltngen, für die sich in der Fachliteratur auch der Ausdruck "Switched-Capacitor-Filter" eingebürgert hat. Mit den im Hauptpatent angegebenen Schaltungen lassen sich einseitig auf Bezugspotential liegende Induktivitäten und auch sog. schwebende Induktivitäten realisieren. Es ist dabei zu berücksichtigen, daß bei diesen Schaltungen bereits Abtastproben von Analogsignalen vorliegen, wobei die Abtastproben im Rhythmus einer systemeigenen Taktfrequenz F erzeugt werden und über die Beziehung T = 1/F wird dementsprechend T die Taktperiode genannt. Insbesondere ist in Fig. 4 des Hauptpatents eine Schaltung angegeben, mit der eine schwebende Induktivität, d.h. also eine beidseitig nicht auf Bezugspotential liegende Induktivität, realisiert werden kann. Bekanntlich werden zum Aufbau von z.B. Filterschaltungen auch schwebende Parallelresonanzkreise benötigt, die im einfachsten Fall durch Parallelschalten eines Kondensators mit einer simulierten schwebenden Induktivität gewonnen werden könnten. Es sollen jedoch diese Schaltungen einem integrierten Aufbau zugänglich sein und man wird schon deshalbdarauf bedacht sein, die Zahl der erforderlichen Schaltelemente so gering wie möglich zu halten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltungen zur Realsierung eines schwebenden Parallelresonanzkreises anzugeben, der in der schaltungstechnischen Ausführung im wesentlichen die gleiche Anzahl von Schaltelementen wie eine simulierte Induktivität benötigt Für Parallelresonanzfrequenzen, die kleiner sind als F/6, läßt sich dies dadurch erreichen, daß die Kapazitätswerte für die in der Schaltung vorgesehenen Kondensatoren nach folgender Beziehung bemessen sind: hierin bedeuten noch C bzw. L den Kapazitätswert für den zu realisierenden Parallelresonanzkreis.
• Parallelresonanzfrequenzen, deren Resonanzfrequenz größer als F/6 ist, lassen sich durch die im Patentane spruch 2 angegebene Maßnahme erreichen.
• Nachstehend wird die Erfindung noch näher erläutert.
• In der Zeichnung zeÆen Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild des zu realisierenden Parallelresonanzkreises mit der T2 Induktivität L = zu und der Kapazität C, Fig. 2 eine weiterelden Parallelresonanzkreis von Fig realisierende, aktive Schaltung.
• Fig. 1 läßt erkennen, daß von der Induktivität L die Ladung Q (z) und vom Kondensator C die Ladung Q,(z) aufgenommen wird, so daß insgesamt die Ladung Q(z) im schwebenden Parallelresonanzkreis transportiert wird. Der auftretende Spannungsabfall ist mit U(z) bezeichnet. Die Konstante CL = T2/4L ist demzufolge unmittelbar aus der für den Parallelresonanzkreis zu reali- sierenden Induktivität L und der systemeigenen Taktperiode T zu ermitteln. Im einzelnen sind im Hauptpatent weitere Bemessungsgrößen angegeben und es ist auch hingewiesen auf die Anwendung der sog. z-Transformation, die bei der Berechnung von getasteten Systemen häufig verwendet wird.
• Wie einleitend bereits ausgeführt, ist in Fig. 4 und u.a. im Patentanspruch 3 des Hauptpatents eine Schaltung gezeigt, die in vielen wesentlichen Teilen mit der Schaltung der hier vorliegenden Fig. 2 übereinstimmt. Zur Erläuterung von Fig. 2 kann also vollständig auf das Hauptpatent hingewiesen werden, in dem auch die physikalische Wirkungsweise und das für die Steuerung der Schalter erforderliche Taktschema dargestellt sind. Auch sind mit dem Hauptpatent wirkungsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und es sind analog zum Hauptpatent die Taktphasen, in denen die einzelnen Schalter geschlossen sind, auch in der vorliegenden Fig. 2 unmittelbar an den einzelnen Schaltern angegeben. Entsprechend Fig. 4 des Hauptpatents sind also in der hier vorliegenden Fig. 2 folgende Schaltelemente unmittelbar wiederzuerkennen.
• Zwischen den Eingangsklemmen 17 und 21 liegt die Eingangsspannung U(z) und es folgt diesen Klemmen der Schalter S23 bzw. der Schalter S33, die zur Taktphase 3 schließen. Ferner ist zu erkennen ein Schaltungsknoten 20, dem ein Kondensator 15 in Richtung zum Schaltungsknoten 25 nachgeschaltet ist. Vom Schaltungsknoten 20 führt ein während der Taktphase 4 schließender Schalter S14 auf einen weiteren Schaltungsknoten 19, von dem aus der Kondensator 16 auf Bezugspotential 18 führt. Das Integrationsglied besteht ebenfalls aus einem Operationsverstärker 10, essen invertierender Eingang mit der Bezugsziffer 11 und dessen nicht invertierender Eingang mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet sind und an dessen Ausgang 13 der Kondensator 14 geschaltet ist,von dem aus wiederum der invertierende Eingang 11 erreicht wird. In den weiteren Schaltungszweigen sind zu erkennen die Schalter S162 S15 und S13, die entsprechend während der Taktphasen 6 bzw. 5 bzw. 3 geschlossen sind.
• Abweichend von Fig. 4 des Hauptpatents ist in der Schaltung von vorliegender Fig. 2 folgendes.
• Der Schalter S15 ist nicht mit dem Schaltungsknoten 20 sondern mit dem Schaltungsknoten 25 verbunden. Weiterhin schließt der im unteren Längs zweig liegende Schalter S46 bei den Taktphasen 4 und 6. Darüber hinaus kommt ein Schalter S25 hinzu, der während der Taktphase 5 schließt und in dieser Taktphase den Schaltungsknoten 20 mit Bezugspotential 18 verbindet.
• Der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen haben nun gezeigt, daß an den Eingangsklemmen 17 und 21 entsprechend der Forderung gemäß dem Ersatzschaltbild von Fig. 1 dann die Ladung Q(z) = QL(Z) + Q,(z) aufgenommen wird, d.h. ein verlustfreier Parallelkreis simuliert wird, wenn die folgenden Beziehungen eingehalten werden: Um den Unterschied gegenüber der Bemessung nach Fig. 4, des Hauptpatents deutlich zu machen, sind also hier die Kapåzitätswerte der Kondensatoren 15 bzw. 16 bzw. 14 mit CO bzw. C1 bzw. C2 bezeichnet.
• Mit der vorstehend beschriebenen Bemessung lassen sich Resonanzkreise realisieren, deren Resonanzfrequenz kleiner als F/6 ist, wobei in diesem Fall der Schalter S25 nicht benötigt wird und im übrigen die Schaltung gemäß Fig. 4 des Hauptpatents aufgebaut und betrieben wird.
• Resonanzkreise, deren Resonanzfrequenz größer als F/6 ist, können erreicht werden unter Zuhilfenahme des zur Tastphase 5 schließenden Schalters S25, wodurch ein Umpolen des Kondensators 15 während der Taktphase 5 erreicht wird, so daß also in diesem Fall die Schaltung gemäß der vorliegenden Fig. 2 aufgebaut ist und nach dem hierzu angegebenen Taktschema betrieben wird.
• Die vorstehend beschriebenen Schaltungen haben also den Vorteil, daß praktisch ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand aktive Schaltungen mit dem Charakter eines schwebenden Pärallelresonanzkreises realisiert werden können, deren Parallelresonanzfrequenz entweder kleiner oder größer als ein Sechstel der systemeigenen Taktfrequenz F ist.
• 2 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (1)

1. Patentansprüche.

   fE 1.)Elektrische Filterschaltung unter Verwendung von wenigstens einer simulierten Induktivität, die nach vorgegebenen Taktphasen gesteuerte Schalter, Kondensatoren und Verstärker enthält und bei der ein Operationsverstärker vorgesehen ist, zwischen dessen Ausgang und invertierendem Eingang ein Kondensator geschaltet ist und dessen nichtinvertierender Eingang an ein festes Bezugspotential, insbesondere Massepotential, geschaltet ist und bei der weiterhin vom invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ein Schalter (513) zu einem ersten Schaltungsknoten führt, von dem aus ein Kondensator nach Massepotential geschaltet ist und ein Schalte;izu)einem zweiten Schaltungsknoten führt, von dem aus ein Kondensator nach Massepotential geschaltet ist, und weiterhin vom zweiten Schaltungsknoten ein Schalter (sir) zum invertierenden Eingang, ein weiterer Schalter (ski6) zum Ausgang des Operationsverstärkers und ein weiterer Schalter (S23) zur ersten Eingangsklemme führen, und die Schalter S13 und S23 gleichzeitig während einer Taktphase 3 schließen und in an-thließenden, zeitlich nicht überlappenden Taktphasen 4, 5, 6 die Schalter S14, S15 und S16 nacheinander geschlossen sind, und weiterhin der vom zweiten Schaltungsknoten ausgehende Kondensator einerseits über einen Schalter (S33) mit der zweiten Eingangsklemme und andererseits über einen Schalter (S456) mit Bezugspotential verbunden ist und diese beiden Schalter S33 und S456 entsprechend während der Taktphase 3 bzw. 4, 5 und 6 nacheinander geschlossen sind, nach Patent .. .. ... (Aktz.: P 29 32 419.4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kapazitätswerte (CO, C1, C2) für die in der Schaltung vorgesehenen Kondensatoren (15, 167 14) nach folgender Beziehung bemessen sind: hierin bedeuten noch C bzw. L den Kapaaitätswert für den zu realsierenden Parallelresonanzkreis. (Fig. 1; Fig. 4 des Hauptpatents) 2. Elektrische Filterschaltung nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der nach Massepotential führende Kondensator (CO) in der Weise umgepolt wird, daß die vom Schalter S15 kommende Leitung anstelle zum zweiten Schaltungsknoten (20) zum weiteren Schaltungsknoten (25) führt, daß der dort (25) nachgeschaltete Schalter (S46) anstelle der Taktphasen 4, 5, 6 während der Taktphasen 4 und 6 geschlossen ist, und daß vom zweiten Schaltungsknoten (20) ein weiterer, während der Taktphase 5 schließender Schalter (S25) nach Bezugspotential (18) führt (Fig. 1, 2).