John Ambrose и Van Vane, Mixed Signal Integration
Electronic Design
Во многих приложениях, таких например, как коммуникационные и измерительные устройства, используются широкополосные полосовые фильтры. В типичном случае для них требуются прецизионные резисторы и конденсаторы, без которых невозможно добиться точной настройки характеристик фильтров.
Фильтры на переключаемых конденсаторах не нуждаются в высокоточных компонентах, но требуют синхронизации от микроконтроллера для установки центральной частоты. При ограниченном количестве выходов и таймеров у распространенных дешевых микроконтроллеров их ресурсов для реализации функции фильтра может оказаться недостаточно.
Альтернативой может быть использование фильтра с встроенным генератором, такого, например, как MSELP – эллиптический фильтр нижних частот пятого порядка, выпускаемый компанией Mixed Signal Integration (Рисунок 1). Аналогичная, но потребляющая больший ток (5 мА) микросхема еще недавно предлагалась компанией Texas Instruments под названием LMF60, унаследованным от компании National Semiconductor.
 |
|
| Рисунок 1. | Блок-схема фильтра MSELP. |
Ресурсов этой микросхемы, имеющей вывод выбора соотношения частоты генератора к частоте среза 50:1/100:1 и два неподключенных операционных усилителя, достаточно для построения как антиалайзингового, так и восстанавливающего фильтров. Кроме того, выход тактовой частоты микросхемы MSELP может использоваться для синхронизации второго фильтра верхних частот (U1) на переключаемых конденсаторах. При отношении частоты генератора к частоте среза равном 1000:1, 6-полюсный режекторный/ВЧ фильтр MSHN6 ограничивает декаду между частотами среза полосового фильтра.
На Рисунке 2 изображена схема полосового фильтра с частотами среза 330 Гц и 3.3 кГц, предназначенного для радио или телефонии стандарта FRS (Family Radio Service). Радиосистемы FRS представляют собой дешевые маломощные устройства, обеспечивающие прямую голосовую двухточечную связь без использования промежуточных базовых станций или управляющих узлов. Они особенно полезны в отдаленных районах, находящихся вне зоны покрытия сотовой связи.
 |
|
| Рисунок 2. | Эта схема реализует оптимизированный для приложений FRS широкополосный полосовой фильтр с отношением частот среза 10:1. |
Частоты среза восстанавливающего и антиалайзингового фильтров установлены равными приблизительно 50 кГц. В схеме использованы оба фильтра. Содержащийся в MSELP отдельный операционный усилитель имеет инвертирующий и неинвертирующий входы, служащие входами программируемого фильтра. Наименьшее напряжение питания микросхем MSHN6 и MSELP равно 2.7 В. Схема потребляет ток менее 1 мА. Элементами R1 и C1 устанавливается частота генератора. При питании схемы напряжением 5 В эта частота будет равна
Для того чтобы задать частоту генератора равной 312 кГц, необходимо выбрать R1 = 15 кОм и C1 = 150 пФ. (Соответственно, частоты среза будут равны 3.12 кГц для фильтра нижних частот и 312 Гц для фильтра верхних частот).
|
|||||||||||||
| Рисунок 3. | Сквозная частотная характеристика антиалайзингового фильтра, двух фильтров на переключаемых конденсаторах и восстанавливающего фильтра (а); частотная зависимость амплитуды (зеленая кривая) и групповой задержки (желтая кривая) (б) и восстановленный во временной области сигнал частотой 1 кГц (в). |
||||||||||||
Показанный на Рисунке 3а скриншот экрана анализатора цепей соответствует сквозной частотной характеристике антиалайзингового фильтра, двух фильтров на переключаемых конденсаторах и восстанавливающего фильтра. Рисунок 3б отображает частотную зависимость амплитуды и групповой задержки. Заметим, что характер зависимости групповой задержки не позволяет использовать этот фильтр в телекоммуникационных приложениях, но вполне подходит для радио и телефонии. На Рисунке 3в представлен восстановленный во временной области сигнал частотой 1 кГц. Как видим, проникновение частоты генератора через восстанавливающий фильтр весьма незначительно.
