Журнал РАДИОЛОЦМАН, декабрь 2012
Javier Solorzano, Touchstone Semiconductor
Electronic Design
Фильтры используются во многих приложениях для подавления нежелательных частотных составляющих сигналов, усиления и коррекции. Например, при исследовании частоты биения сердца в портативном и стационарном медицинском оборудовании необходима низкочастотная фильтрация. Аналогично, переносные радиостанции должны быть способны обрабатывать тонально кодированные сигналы.
В подобных приложениях, где необходим раздельный контроль добротности (Q), коэффициента усиления (КУ) и частоты среза, оказывается полезной комбинация полосового фильтра (ПФ), фильтров низких (ФНЧ) и высоких частот (ФВЧ). Для решения этой задачи можно использовать перестраиваемый фильтр, собранный на трех микромощных операционных усилителях (ОУ), содержащихся в одной интегральной микросхеме счетверенного ОУ, ток потребления которого будет менее 3 мкА.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема перестраиваемого фильтра на счетверенном ОУ TS1004 минимизирует площадь печатной платы и сокращает энергопотребление. |
На Рисунках 1 и 2 показана принципиальная схема и частотные характеристики перестраиваемого фильтра на ОУ. В схеме использован микромощный счетверенный ОУ TS1004 компании Touchstone Semiconductor.
 |
|
| Рисунок 2. | Частотные характеристики перестраиваемого фильтра с выходами ФНЧ, ФВЧ и ПФ. |
Перестраиваемый фильтр позволяет независимо выбирать добротность, КУ в полосе пропускания и частоту среза. Схема фильтра одновременно имеет выходы ФНЧ, ФВЧ и ПФ. Коэффициент усиления каждого фильтра устанавливается независимо. При этом КУ секции ПФ совпадает со значением полной добротности перестраиваемого фильтра. Для расчета схемы использовались Уравнения (1) – (4), где R = R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R7 = 530 кОм, R6 = 1.05 МОм.
 |
(1) |
Частота среза секций ФНЧ и ФВЧ:
 |
(2) |
 |
(3) |
 |
(4) |
Подставляя номиналы элементов, указанные на Рисунке 1, в Уравнения (1) – (4), получим, что секции ФНЧ и ФВЧ имеют КУ приблизительно –1, а секция ПФ имеет КУ около 0.99. Полная добротность схемы также равна 0.99. Частота среза секций ФНЧ и ФВЧ около 300 Гц. Полоса пропускания ПФ имеет ширину около 251 Гц с границами от 185 Гц до 436 Гц.
С тремя задействованными ОУ вся схема потребляет лишь 3 мкА. Для уменьшения разброса КУ секций фильтра, добротности и частоты среза рекомендуется применять резисторы с допуском 1%. Поскольку параметр GBWP (Gain-Bandwidth Product – произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания) для усилителя TS1004 равен 4 кГц, увеличение КУ какой-либо секции фильтра приведет к соответствующему сужению полосы пропускания данной секции.
Интеграция ФНЧ, ФВЧ и ПФ в одной схеме и возможность задавать характеристики каждой секции отдельно полезны во многих приложениях, в частности, в кардиомониторах, аудио эквалайзерах, устройствах тревожной сигнализации и портативных средствах связи. Перестраиваемый фильтр предоставляет гибкость совмещения секций ФНЧ, ФВЧ и ПФ в одном узле в сочетании с возможностью индивидуальной настройки добротности, КУ и частоты среза. Использование в схеме микромощного счетверенного ОУ обеспечивает комплексное и простое решение задачи фильтрации с суммарным потреблением тока всего 3 мкА.
