автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование и разработка перестраиваемых параметрических фильтров

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ

В ШИРОКИХ ПРЕДЕЛАХ.

1.1. Основные требования к параметрам управляемых элементов.

1.2. Управляемые элементы на полевых транзисторах

1.2.1. Полевой транзистор с р-п переходом

1.2.2. МОП-транзистор

1.3. Управляемые элементы на фоторезисторах

1.4. Комцутируемые управляемые элементы . 25 I.4.I. Коммутируемые резисторы на основе полевых транзисторов

1.4.2» Переключаемые конденсаторы как эквивалент управляемых резисторов

1.5. Применение ЦАП в качестве элемента постоянной времени

Выводы.

ГЛАВА 2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА АКТИВНЫХ ЕС ФИЛЬТРОВ И

ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ.

2.1. Уравнение передаточной функции параметрических фильтров 2 П-го порядка.

2.I.I. Исключение дополнительных нулей в передаточной функции параметрических фильтров

2.2. Уравнение передаточной функции параметрического фильтра нижних частот второго поряд- 43 ка.

2.3» Уравнение передаточной функции параметрического полосового фильтра второго порядка . 47

2.4. Сравнение чувствительности передаточных функций активного RC фильтра и параметрического фильтра

2.4.1. Чувствительность передаточной функции параметрического фильтра нижних частот 5*| второго порядка

2.4.2. Чувствительность передаточных функций активного RC фильтра нижних частот второго порядка и активного ЕС полосового фильтра второго порядка

2.4.3. Сравнительная оценка параметрического фильтра нижних частот второго порядка и активного ВС фильтра нижних частот второго порядка.

2.4.4. Чувствительность передаточной функции параметрического полосового фильтра второго порядка

2.4.5. Сравнительная оценка параметрического полосового фильтра второго порядка и активного RC полосового фильтра второго порядка

2.4.6. Обсуждение результатов.

Вывода.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ НЕИДЕНТИЧНОСТИ КАНАЛОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ

ФИЛЬТРА.

3.1. "Паразитный" выходной сигнал

3.2. Параметрический фильтр нижних частот второго порядка.

3.2.1. Виияние неидентичности постоянных времени внутренних звеньев

3.2.2. Влияние неидентичности коэффициентов передачи внутренних звеньев

3.2.3. Динамический диапазон параметрического фильтра нижних частот второго порядка . . III

3.2.3.1. Влияние неидентичности постоянных времени внутренних звеньев . III

3.2.3.2. Влияние неидентичности коэффициентов передачи внутренних звеньев . ч.

3.3. Параметрический полосовой фильтр второго порядка.

3.3.1. Влияние неидентичности постоянных времени внутренних звеньев

3.3.2. Влияние неидентичности коэффициентов передачи внутренних звеньев

3.3.3. Динамический диапазон параметрического полосового фильтра второго порядка •

3.3.3.1. Влияние неидентичности постоянных времени внутренних звеньев

3.3.3.2. Влияние неидентичности коэффициентов передачи внутренних звеньев

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА.

Выводы.

Создание многоканальных систем фильтров с идентичными АЧХ и ФЧХ и возможность синхронного управления ими является одной из актуальных проблем в различных областях науки и техники. Например, в гидролокации, в фазированных антенных решетках, в системах динамических испытаний, где из широкого спектра помехи нужно выделить полезный сигнал. От качества фильтров зависит качество всей системы обработки информации.

Диссертационная работа посвящена исследованию относительно слабо изученного класса параметрических фильтров, относящихся к системам с внешним эталоном. Они обладают высокой стабильностью, простотой управления, что дает возможность получения идентичных характеристик при реализации многоканальных фильтров.

Целью диссертационной работы является теоретическое исследование основных свойств параметрических фильтров и сравнение их с фильтрами, реализованными другими способами.

Поставленная цель определяет следующие основные задачи:

- исследование свойств управляемых полупроводниковых элементов, работающих в составе перестраиваемых фильтров, и разработка схемотехнических способов повышения их метрологических характеристик ;

- исследование чувствительности передаточной функции параметрических фильтров к элементам внутренних звеньев;

- исследование влияния неидентичности параметров внутренних звеньев на форму выходного сигнала параметрических фильтров;

- определение величины динамического диапазона фильтра.

Основными научными результатами и положениями, выносимыми на защиту, являются:

- исследование основных свойств параметрических ШЧ и полосового фильтров;

- подробный анализ чувствительности передаточной функции параметрических фильтров к элементам внутреннего звена ;

- сравнительная оценка различных способов реализации фильтров;

- определение "паразитного" сигнала, который возникает на выходе фильтра из-за неидентичности внутренних звеньев и зависимость его от формы входного сигнала;

- критерии, позволяющие оценить допустимую неидентичность параметров внутренних звеньев, обеспечивающую требуемую величину динамического диапазона фильтра.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Основные результаты по проделанной работе следующие:

1. Рассмотрены различные способы реализации перестраиваемых сопротивлений. Показаны достоинства и недостатки каждого из них.

2. Исследованы основные свойства параметрических ФНЧ и полосового фильтров. Показано, что передаточная функция этих фильтров имеет n -I нулей, где п порядок внутреннего RC звена.

3. Показано, что исключение нулей передаточной функции параметрических фильтров возможно при увеличении количества каналов. Произведено исследование чувствительности передачи параметрических фильтров к элементам внутренних звеньев.

5. Показано, что при неидентичности внутренних RC звеньев на выходе фильтра возникает "паразитный" сигнал, форма которого определяется входным воздействием. Этот "паразитный" сигнал ограничивает динамический диапазон фильтра.

6. Получены соотношения, позволяющие оценить допустицую неидентичность постоянных времени и коэффициентов передачи внутренних звеньев, исходя из величины динамического диапазона.

7. Произведена сравнительная оценка различных способов реализации фильтров и показана область применения параметрических фильтров.

ЗАКЛКНЕНИЕ

1. Аналоговые интегральные схемы; под ред.Дж.Коннели. - М.: Мир, 1977.

2. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. М.: "Радио и связь", 1983.

3. Барсуков Ю.В., Рыбак C.G., Соколов Г.Н. Интегратор с изменяемой постоянной времени как звено ФНЧ.~ Изв.ЛЭТИ» 1984, вып.545 Барсуков Ю.В., Козлов С.М. Регулятор сопротивления. А.С«

4. А.с. № 813794 (СССР), ОИПТЗ, 1981, № 10.

5. Барсуков Ю.В., Козлов С.М., Сергеевич Л.В., Хорьков Г.И. Блок фильтров с программным управлением. Л.: ЛЦНТИ, Информлисток, № 1213-80, 1980, с. 1-4.

6. Билотти А. Схема линеаризации полевого транзистора. ТИИЭР, 1966, т.54, № 8, с.97-98.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К. А. Справочник по математике. -М.: "Наука", 1980.

8. Бондаренко А.В., Шпигель П.Ю. Синтез АРС-схем с управляемыми характеристиками. "Изв. вузов - Радиоэлектроника", 1982,15, № 5, с.34-38.

9. Быстродействующий электронный переключатель. Заявка Японии № 48-24649.

10. Ю. Введение в цифровую фильтрацию; под ред. Р.Богнера и А.Кон-стантинидиса. М.: Мир, 1976.

11. Гозлинг В. Применение полевых транзисторов. М.: Энергия, I960.

12. Григорьев B.C. Об устойчивости колебаний генераторов с управляемым резистором в цепи стабилизирующей обратной связи.

13. В кн.: Избирательные системы с обратной связью, вып.З, Таганрог, 1976, с.153-156.

14. Еникеева К.Ш., АбдиевС., Вергунас Ф.И. Пленочный фоторезис-торный оптрон. В кн.: Электронная техника в автоматике, вып.6. - М., 1974, с.113-115.

15. Еоаков Д.В., Кленов В.Т., Невежин В.К. Полевые транзисторы в качестве регулируемых сопротивлений. "Электронная промышленность", 1973, № 4, с. 48-50.

16. Знаменский А.Е., 'Геплюк И.Н. .Активные RC-фильтры. М.: Связь, 1970.

17. Золотова Н.М. Линейный резистор, управляемый напряжением. ПГЭ, 1978, Ш I, C.II6-II7.

18. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1973.

19. Игнатов А.Н. Полевые транзисторы как элементы с регулируемым коэффициентом передачи. "Радиотехника", 1972, т.23, № 10, с.70-77.

20. Игумнов Д.В., Чернышев А.А., Шведов А.Н. Особенности применения оптронов в режиме малых токов. М.: Энергия, 1979.

21. Измерительная, анализирующая и регистр^фующая аппаратура, краткий аналог фирмы Брюль и Къер, 1980.

22. Капустян В.И. Проектирование активных RC-фильтров высокого порядка. М.: "Радио и связь", 1982.

23. Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров. М.: "Высшая школа", 1982.

24. Калякин А.И. Реализация звеньев перестраиваемых RС-фильтров с нулями функции передачи. В кн.: Избирательные системы с обратной связью, вып.4. - Таганрог, 1978, с.154-158.

25. Каляки н А.И., 1$гфлевский Е.И. Термостабильный перестраиваемый RC-фильтр с линейной характеристикой управления. В- 164 кн.: Избирательные системы с обратной связью, вып.2 Таганрог, 1974. с.203-204.

26. Кобболд Р. Теория и применение полевых транзисторов, Л.: Энергия, 1975.

27. Корн Г. и Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974.

28. Кроуфорд Р. Схемные применения МОП-транзисторов. М.: Мир, 1970, с.63.

29. Крутчинский С.Г. Биквадратные звенья с тремя операционными усилителями. В кн.: Избирательные системы с обратной связью, вып. 4. - Таганрог, 1978, с.50-61.

30. Крылов Г.М., Хоняк Е.И. Элементы с электрически управляемым сопротивлением. "Радиотехника", 1980, т.35, № 8, с.82-88.

31. Кустов О.В., Лундин В.З. Операционные усилители в линейных цепях. М.: Связь, 1978, c.KB-III.

32. Лейнов М.Л., Желнов В.Н. Синхронные фильтры и пути их реализации на интегральных микросхемах. "Электросвязь", 1975,1. I, с. 65-69.

33. Лукич Г.С., Сернеевич Л.В., Соколов Г.Н. Импульсный генератор опорных частот для цифрового генератора синусоидального сигнала. И.С.ЛЦНТИ й 969-81, 1981.

34. ЗЗЛукич Т.О. Перестраиваемый по частоте фильтр низких частот шестого порядка. йзв.ЛЗГИ, Научн.тр./Ленингр.электротехн. ин-т им.В.И.Ульянова (Ленина), 1983, вып.332, с.50-52.

35. Лукич Г.С., Соколов Г.Н., Рыбак С.С., Хорьков Г.И. Параметрический ФНЧ второго порядка. В кн.: Цифровые системы управления и обработки информации, JI.: Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения, 1982,с .177-18 4.

36. Марченко А.Н. Управляемые полупроводниковые резисторы, М.: Энергия, 1978, с. 107-135, с. 188-214.

37. Маттера. Современные оптроны. "Электроника", 1975, £ 19, с. 45-49.

38. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. М.: "Высшая школа", 1981.

39. Оппенгейм А.Ь., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. -М.: "Связь", 1979.

40. Озеряный Н.А. Системы с параметрической обратной связью. -М.: "Энергия", 1974.

41. Переключающая схема на полевых транзисторах. Заявка Великобритании № 13 4133 4.

42. Петухов В.М., Таптыгин В.Й., Хрулев А.К. Транзисторы полевые. М.: Советское радио, 1978.

43. Потапов Е.С. Аналого-цифровой фильтр. А.с. № 723585 (СССР).

44. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. M.s Мир, 1978.

45. Свечников С.В. Элементы оптоэлектроники. М.: Советское радио, 1971.

46. Синтез активных RC -цепей. Под ред. А.А.Ланнэ. М.: Связь, 1975.

47. Славский Г.И. О максимально достижимой добротности звеньев активных RC-фильтров второго порядка. В кн.: Избирательные системы с обратной связью, вып.2 Таганрог, 1974, с.4, 13.

48. Современная теория фильтров. Под ред. Г.Темеша и С.Митра. -М.: Мир, 1977.

49. Тарбаев С.И., КЬрон Б.В., Рябов Е.А., Соцкий Д.В. Интегральные параметрические полосовые фильтры для аппаратуры ТТ. " "Электросвязь", 1978, № 4, с.54-59.

50. Тепин В.П. §НЧ с управляемой частотой среза. В кн.: Избирательные системы с обратной связью, вып.2. - Таганрог, 1974, C.I07-II0.

51. Теплюк И.Н. К реализации активных RC -фильтров на ОУ. -"Электросвязь", 1973, № 9, с.62-66.

52. Федоров В.И., Кузнецов Л.А. Перестраиваемый активный RC -фильтр. А.с. № 535719 (СССР).

53. ФНЧ с регулируемой полосой пропускания и дистанционным управлением. Патент США № 3701059.

54. Фомичев Ю.М., Варакута Ю.Н. Регулирующее устройство с малыми нелинейными искажениями. Томск: Известия Томского политехнического института, т.298, 1974, с.43-53.

55. Хейнлейн В.Е., Холмс В.Х. Активные фильтры для интегральных схем. М.: Связь, 1980.

56. Хьюлсман Л.П., Аллен §.Е. Введение в теорию и расчет активных фильтров. М.: "Радио и связь", 1984.

57. Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике; под ред. Л.М.Гольденберга. М.: "Радио и связь", 1982.

58. Loe J.M. FET call ibe tune in active filter design .-Electronics tfo.20,4%6, p.98-401.

59. Knob A.)T>essouW) R. Anai^siS Switcked- Capacitor Netwofcb in. the Frecjuewcv) Domain Usiwj Continuous-"Л me Two-Pott Equivalents.-IE EH TVans-on Circuih and S^stevns,vol.CAS-28 }/vo./lo, October W4 ,

60. SzenhVmat G. ^"TG. Swrtcked-Capacitor BuiMmcj BiocUs.-ieee "Tvavis.on circuits <md svjstemsjvolcas-z?, /vo.6, June

61. Tedd C-.D. FETs as volfoge-vamble resistors. Electronic

62. Desjqvt, Мм^ > 4965", p. 6-68.

63. Gregorian R. Swifcked-CapAcitor Filter Design Usih^ CtVbCa

64. Sections .-IEEE Twms. ov\C\Vrm4s and Systems, vc>). С AS-г?, ЛЮ.6, June >1980, р.545"-524.

65. Gosling W. Circuit applications o(r e^ect Hawsistohs-brit^Vv С ovwv»\ unicrfhons and Uectronics , f>. 5666. bm^er UW.jGviimVjeHD.C.jKoscU^tz G.S. Д Comprekensiv

66. Procedure jor Ike ttesicjh oj Cascaded SwtfcUd Capqa/or RtteK.-IEEE Trans. on CiVcurts and S^stc^s, u>l.CAS-2$ M>.8, CU^st , p. 805-810.