DE1928515C3 - Integrable RC four-pole filter for devices and equipment in electrical communications, measurement and data processing technology - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierbaren RC-Filtervierpol für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten-, Meß- und Datenverarbeitungstechnik. The invention relates to an integrable RC four-pole filter for devices and devices of the electrical communications, measurement and data processing technology.

Bei der Realisierung integrierbarer aktiver Filter, insbesondere von aktiven Filtern, die vom Rückkopplungsprinzip Gebrauch machen, werden vielfach minimalphasige RC-Netzwerke wegen ihrer sehr günstigen Toleranzeigenschaften als Bausteine herangezogen. Diese RC-Netzwerke haben den großen Nachteil, daß sich größere Güten der Nullstellen ihrer übertragungsfunktion, d.h. Güten gleich oder größer 5, nur schwer verwirklichen lassen. Die Verwirklichung größerer Güten setzt nämlich außerordentlich große Verhältnisse der Bauelementwerte voraus, was sich insbesondere dann störend auswirkt, wenn das Filter in integrierter Technik ausgeführt werden soll. Gerade bei solchen aktiven RC-Filtern, bei denen das RC-Netzwerk im Rückkopplungszweig angeordnet ist, sogenannte Rückkopplungsfiher, bei denen die Nullstellen der RC-Netzwerke in Polstellen invertiert sind, sind aber hohe Güten in den meisten Anwendungsfällen eine notwendige Forderung. When realizing active filters that can be integrated, especially active filters based on the feedback principle Use will often be made of minimal-phase RC networks because of their very cheap Tolerance properties used as building blocks. These rc networks have the big one Disadvantage that higher quality values of the zeros of their transfer function, i.e. qualities equal to or greater than 5, difficult to achieve. The realization of greater grades is extremely good large ratios of the component values, which has a particularly disruptive effect, if the filter is to be implemented using integrated technology. Especially with such active RC filters, in which the RC network is arranged in the feedback branch, so-called feedback guides where the zeros of the RC networks are inverted in poles, but there are high quality factors in the a necessary requirement for most use cases.

Besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang einem RC-Netzwerk zu, das aus wenigstens einem überbrückten T-Glied mit je einem Widerstand bzw. einer Kapazität in den Längszweigen und je einer Kapazität bzw. einem Widerstand in Quer- und im Brückenzweig besteht.In this context, an RC network consisting of at least a bridged T-link with a resistor or a capacitance in each of the series branches and one capacitance or one resistor each in the cross and in the bridge branch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, füi einen integrierbaren RC-Filtervierpol der einleitenc beschriebenen Art, der wenigstens von einem dei geschilderten überbrückten T-Glieder Gebraucl macht, eine einfache Lösung für die Uberwindunj der bei der Realisierung höherer Güten der Null stellen der übertragungsfunktion solcher T-Gliede auftretenden Schwierigkeiten anzugeben.The invention is based on the task of providing an integrable RC four-pole filter described type, of at least one of the bridged T-members described above Gebraucl makes, a simple solution for the overcoming of the realization of higher qualities of zero provide the transfer function of such T-links indicate any difficulties that arise.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurcl gelöst, daß in übertragungsrichtung des überbrücktei T-Gliedes zwischen dem Querzweig und dem aus gangsseitigen Längszweig eine Trennstufe eingefüg ist.This object is achieved according to the invention that in the transmission direction of the bridging part T-link inserted between the transverse branch and the aisle-side longitudinal branch a separating step is.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntni zugrunde, daß sich bei gegebenem Verhältnis de Bauelementwerte dann größere Güten der Nullstellei der übertragungsfunktion des vorliegenden RC-Netz Werkes ergeben, wenn die ausgangsseitige Belastun; des aus dem eingangsseitigen Längszweig und den Querzweig bestehenden RC-Spannungsteilers mittel einer Trennstufe in ausreichendem Maße herabgesetz bzw. überhaupt aufgehoben wird.The invention is based on the essential knowledge that with a given ratio de Component values then have higher quality values of the zeros of the transfer function of the present RC network Work if the output-side burden; of the RC voltage divider consisting of the input-side series branch and the shunt branch a separation stage is sufficiently reduced or canceled at all.

Besonders einfach und übersichtlich gestalten siel die Verhältnisse, wenn die Trennstufe ein Trenn verstärker ist, dessen Ubertragungsfaktor gleich ode größer Eins gewählt wird.The relationships are particularly simple and clear when the separation stage is a separation is amplifier whose transmission factor is chosen to be equal to or greater than one.

Zum Aufbau eines aktiven ÄC-Filters, und zwar eines sogenannten Rückkopplungsfilters, kann das erfindungsgemäße überbrückte T-Glied in vorteilhafter Weise mit seinem Ausgang dem einen Eingang und mit seinem Eingang dem Ausgang eines Differenzverstärkers parallel geschaltet werden. Hierbei bilden der andere Eingang des Differenzverstärkers den Signaleingang und der Ausgang des Diflerenzverstärkers oder der Ausgang der Trennstufe den Signalausgang des Filtervierpols.To build an active ÄC filter, namely a so-called feedback filter, the bridged T-element according to the invention can be advantageous Way with its output one input and with its input the output of a differential amplifier can be connected in parallel. This forms the other input of the differential amplifier the signal input and the output of the diflerential amplifier or the output of the isolating stage Signal output of the filter quadrupole.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses letztgenannten Filtervierpols gibt der nicht invertierende Eingang des Differenzverstärkers den Signaleingang ab. Der Rückkopplungszweig mit dem überbrückten T-Glied nach der Erfindung stellt in diesem Falle zusammen mit dem Differenzverstärker eine Gegenkopplungsschleife dar.In a preferred embodiment of this last-mentioned filter quadruple, there is the non-inverting one Input of the differential amplifier from the signal input. The feedback branch with the bridged one In this case, the T element according to the invention, together with the differential amplifier, forms a negative feedback loop represent.

Eine hohe Güte der Nullstellen des überbrückten T-Gliedes gestattet die Realisierung von Polstellen des Rückkopplungsfilters mit hoher Güte, die dann in vorteilhafter Weise unabhängig von den Eigenschaften des Differenzverstärkers sind, wenn dieser eine möglichst große Verstärkung aufweist, d. h. ein Operationsverstärker ist.A high quality of the zeros of the bridged T-link allows the realization of poles of the feedback filter with high quality, which is then advantageously independent of the properties of the differential amplifier, if it has as great a gain as possible, i. H. a Op amp is.

Eine besonders vorteilhafte Erweiterung des überbrückten T-Gliedes nach der Erfindung zu einem aktiven /IC-Filtervierpol, und zwar einem Rückkopplungsfilter, besteht darin, daß dem überbrückten T-Glied ausgangsseitig in Übertragungsrichtung ein Verstärker nachgeschaltet ist, dessen Ausgang oder der Ausgang der Trennstufe den Signalausgang des Filtervierpols bildet, und daß der Querzweig des überbrückten T-Gliedes dadurch zu einem Rückkopplungszweig erweitert ist, daß der freie Anschluß des den Querzweig bildenden Bauelementes mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist.A particularly advantageous extension of the bridged T-link according to the invention to one active / IC filter quadrupole, namely a feedback filter, is that the bridged T-element on the output side in the transmission direction is followed by an amplifier, the output of which is or the output of the isolating stage forms the signal output of the filter four-pole, and that the shunt branch of the bridged T-link is thereby expanded to a feedback branch that the free connection of the component forming the shunt arm is connected to the output of the amplifier.

Die Grundanordnung dieses Filters, das aus der Kettenschaltung einer RC-Abzweigschaltung mit einem Verstärker besteht, dessen Ausgang auf einen Abzweig der RC-Abzweigschaltung rückgekoppelt ist, ist an sich bekannt und wird in der Literatur als sogenannte Sallen- and Key-Anordnung bezeichnet. Abgesehen davon, daß die erfindungsgemäße Ausführung bei relativ günstigem Verhältnis der Bauelemente wesentlich größere Güten der Nullstellen der Übertragungsfunktion dieses Filters ermöglicht, läßt sich ausschließlich durch die Wahl des Ubertragungsfaktors der einen Trennverstärker darstellenden Trennstufe in vorteilhafter Weise die Charakteristik des Filtervierpols als Hochpaß, Tiefpaß oder Bandsperre variieren.The basic arrangement of this filter, which consists of a daisy chain circuit with an RC branch circuit an amplifier whose output is fed back to a branch of the RC branch circuit is known per se and is referred to in the literature as a so-called hall and key arrangement. Apart from the fact that the embodiment according to the invention with a relatively favorable ratio of the components enables significantly higher quality values of the zeros of the transfer function of this filter, can only be achieved through the choice of the transfer factor that represents an isolating amplifier Isolation stage in an advantageous manner the characteristic of the filter quadrupole as a high-pass, low-pass or Varying bandstop filters.

Die Wirkung der TTennstufe auf die Erhöhung der Güte der Nullstellen des überbrückten T-Gliedes wird, abgesehen von ihrem Übertragungsfaktor, dann optimal, wenn das Verhältnis der Bauelementwerte einerseits des den Querzweig bildenden Bauelements zu dem den Brückenzweig bildenden Bauelement und andererseits des den ausgangsseitigen Längszweig bildenden Bauelements zu dem den eingangsseitigen Längszweig bildenden Bauelement des betreffenden überbrückten T-Gliedes gleich groß gewählt werden.The effect of the Tennstufe on increasing the quality of the zeros of the bridged T-link becomes, apart from its transfer factor, optimal when the ratio of the component values on the one hand of the component forming the shunt branch to the component forming the bridge branch and on the other hand of the component forming the output-side longitudinal branch to the input-side Linear branch forming component of the relevant bridged T-link chosen to be the same size will.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen soll die Erfindung im folgendenUsing the exemplary embodiments shown in the drawing the invention is intended in the following

ίο noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet ίο to be explained in more detail. In the drawing means

F i g. 1 eine erste Grundform eines überbrückten T-Gliedes nach der Erfindung,
F i g. 2 eine zweite Grundform eines überbrückten T-Gliedes nach der Erfindung,F i g. 1 shows a first basic form of a bridged T-link according to the invention,
F i g. 2 a second basic form of a bridged T-link according to the invention,

F i g. 3 ein aktives ÄC-Filter nach der Erfindung, F i g. 4 ein weiteres aktives RC-Filter nach der Erfindung,
F i g. 5 eine schematische Darstellung der variablen Charakteristik des aktiven KC-Filtervierpols nach Fig. 4.F i g. 3 shows an active AC filter according to the invention, FIG. 4 another active RC filter according to the invention,
F i g. 5 shows a schematic representation of the variable characteristic of the active KC filter quadrupole according to FIG. 4.

Das überbrückte T-Glied nach F i g. 1 weist in den beiden Längszweigen die Leitwerte g_t und g₂, im Querzweig die Kapazität C₃ und im Brückenzweig die Kapazität C auf. Gemäß der Erfindung ist im Verbindungsweg zwischen dem Verbindungspunkt des Leitwerts g₁ und der Kapazität C₃ und dem Leitwert g₂ eine Trennstufe in Form eines Trenn Verstärkers TV mit dem Verstärkungsfaktor k eingefügt.The bridged T-link according to FIG. 1 has the conductance values g _t and g _{2 in the two series branches, the capacitance C 3} in the shunt branch and the capacitance C in the bridge branch. According to the invention, an isolating stage in the form of an isolating amplifier TV with the gain factor k is inserted in the connection path between the connection point of the conductance g ₁ and the capacitance C ₃ and the conductance g _2.

Die Grundform des überbrückten T-Gliedes nach F i g. 2 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß hier die Kapazitäts- und die Leitwertszweige miteinander vertauscht sind, und zwar werden hier die beiden Längszweige durch die Kapazitäten C₁ und C₂, der Querzweig durch den Leitwert g₃ und der Brückenzweig durch den Leitwert g gebildet. Der Verstärker TV mit dem Verstärkungsfaktor k ist hier zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Kapazität C₁ und dem Leitwert g₃ und der Kapazität C₂ eingefügt. Die übertragungsrichtung ist bei den Grundschaltungen nach den F i g. 1 und 2 jeweils durch die übertragungsrichtung des Trennverstärkers TV gegeben.The basic shape of the bridged T-link according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only in that the capacitance and conductance branches are interchanged, namely here the two series branches are formed by the capacitances C ₁ and C ₂ , the shunt branch by the conductance g ₃ and the bridge branch by the conductance g. The amplifier TV with the gain factor k is inserted here between the common connection point of the capacitance C ₁ and the conductance g ₃ and the capacitance C _2. The direction of transmission is in the basic circuits according to FIGS. 1 and 2 each given by the transmission direction of the isolation amplifier TV .

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes wird im folgenden an Hand einer kurzen mathematischen Betrachtung dargelegt, welchen Einfluß das Einfügen eines Trennverstärkers TV in die überbrückten T-Glieder nach den F i g. 1 und 2For a better understanding of the subject matter of the invention, the following is a brief mathematical consideration of the influence of the insertion of an isolating amplifier TV into the bridged T-links according to FIGS. 1 and 2

für einen Einfluß auf die Güte der Nullstellen ihrer übertragungsfunktion haben. Hierbei wird ausgegangen von der Leitwertmatrix Y₁ des überbrückten T-Gliedes nach F ί g. 1 ohne den erfindungsgemäßen Trennverstärker TV. Es ergibt sichhave an influence on the quality of the zeros of their transfer function. This is based on the conductance matrix Y _{1 of} the bridged T-element according to F ί g. 1 without the isolation amplifier TV according to the invention. It surrenders

5555

S¹CC₃ - S(Qg₁ + Cg₁ + Cg₂) + g_lg2 S ¹ CC ₃ - S (Qg ₁ + Cg ₁ + Cg ₂ ) + g _lg2

- [S²CC₃ - [S ² CC ₃

- [S¹CC₃ + sC(_gl + g₂) + g_lg2]- [S ¹ CC ₃ + sC ( _gl + g ₂ ) + g _lg2 ]

S¹CC₃ + s(C₃g₂ + Cg₁ + Cg₂) + g_lg2 S ¹ CC ₃ + s (C ₃ g ₂ + Cg ₁ + Cg ₂ ) + g _lg2

Hierin bedeutet s die komplexe Frequenz. Die Nullstellen der übertragungsfunktion sind ausschließlich durch die Wurzeln des Zählers der Matrixelemente y₂₁ oder V₁₂, d. h. die Wurzeln des PolynomsHere s means the complex frequency. The zeros of the transfer function are determined exclusively by the roots of the numerator of the matrix elements y ₂₁ or V ₁₂ , ie the roots of the polynomial

gegeben.given.

+ sCig, + g₂) + g,g₂ + sCig, + g ₂ ) + g, g ₂

(2 a)(2 a)

,■"'*■, ■ "'* ■

b( G el d; A eib ( G el d; A. egg

Entsprechend ergibt sich für das überbrückte Γ-Glied nach F i g. 2 bei überbrückten! Trennverstärker TV das PolynomCorrespondingly, this results for the bridged Γ-element according to F i g. 2 for bridged! Isolation amplifier TV the polynomial

/V₂Xv) = .S-C₁C₂ + .V(C₁ + C,)g + gg₃ . (2b)/ V ₂ Xv) = .SC ₁ C ₂ + .V (C ₁ + C,) g + gg ₃ . (2 B)

Allgemein gilt, daß die Güten Q der Wurzeln eines Polynoms von der FormIn general, the quality Q of the roots of a polynomial of the form

Durch die erfindungsgemäße Einfügung eines Trenn Verstärkers TV entsprechend den Fig. 1 und 2 laß sich dieser »Wurzeleffekt« der Güten der Nullstellei der überbrückten T-Glieder beseitigen. Die Leitwert matrix Y₁ für die Grundform nach F i g. 1 laute nunmehr The inventive insertion of an isolation amplifier TV as shown in FIGS. 1 and 2, this "root effect let eliminate" the qualities of Nullstellei the bridged-T members. The conductance matrix Y ₁ for the basic form according to FIG. 1 is now

- „ ι-² - " ι- ²

durch die Beziehung
Q = through the relationship
Q =

CIqO₂ CIqO ₂

13)13)

(4)(4)

IO .V²CC₃ + sjC + IO .V ² CC ₃ + sj C +

-.sC-.sC

[S¹CC₃ [S ¹ CC ₃

'5'5

gegeben sind. Somit ergibt sich für das Quadrat der Güten Qi und Q₂' der beiden überbrückten T-Glieder entsprechend den Gleichungen (2a) und (2b)given are. Thus, for the square of the qualities Qi and Q ₂ 'of the two bridged T-members according to equations (2a) and (2b)

^C± ^C ±

Entsprechend ergibt sich als
für die Grundform nach F i e. 2Accordingly, it results as
for the basic form according to F i e. 2

+ g₃) ++ g ₃ ) +

Leitwertmatrix V-Conductance matrix V-

Die FaktorenThe factors

(C₁ (C ₁

, C₁G, C ₁ G

^undand ^₊TT^ ₊ DD

(5)(5)

Ts²ZcC₁C₂+ sC,g+gg.,"] ^: Ts ² ZcC ₁ C ₂ + sC, g + gg., "] ^:

(10)(10)

erreichen ihre maximalen Werte 0.25 als Funktionen ^v°n Si- Άι b^7W- C\- Q dann, wennreach their maximum values 0.25 as functions ^v ° n Si ι b ^7W - C \ - Q if

g, = g₂ bzw. C₁ = C₂ g, = g ₂ or C ₁ = C ₂

(6)(6)

Hieraus ergeben sich entsprechend den Gleichungei (2a) und (2b) die für die Güten der Nullstellen entsprechenden PolynomeFrom this, in accordance with equations (2a) and (2b), the values corresponding to the quality of the zeros result Polynomials

N₁ (s) = .S-²CC₃ + .S-Cg₁ + fcg_lfc, (Ha)N ₁ (s) = .S- ² CC ₃ + .S-Cg ₁ + fcg _lfc , (Ha)

N₂(S) = .s^fcC, C₂ + .s-C.g + gg₃. (lib) N ₂ (S) = .s ^ fcC, C ₂ + .sC.g + gg ₃ . (lib)

35 Entsprechend ergeben sich für das Quadrat der gewählt werden. Demnach ergibt sich Tür die maxi- Güten Q₁ und Q₂ der Nullstellen die Beziehungen malen Güten35 Correspondingly result for the square to be chosen. This results in door the maximum qualities Q ₁ and Q _{2 of} the zeros the relationships paint qualities

= 0.25 ^= 0.25 ^

4040

(C„C₂)(C "C ₂ )

(7)(7)

(12)(12)

Hierin bedeutetHerein means

den maximalen Wert derthe maximum value of the

Funktion, wenn (X,Y) alle möglichen Werte annehmen. Function if (X, Y) take on all possible values.

Aus den Gleichungen (7) wird erkennbar, daß die Güten durch die BeziehungenFrom equations (7) it can be seen that the quality levels are determined by the relationships

< 0,5<0.5

5555

beschränkt sind. Die Tatsache, daß die jeweiligen Güten der Nullstellen dem Verhältnis aus den Bau- te elementwerten der den Brücken- und den Querzweig darstellenden Bauelemente gegeben ist, stellt für die Ausführung von RC-Filtern in integrierter Technik eine sehr harte Schranke dar. Beispielsweise müssen, um eine Güte von 10 zu erreichen, die Bauelement-Wertverhältnisse 400 betragen, während für eine Güte von 100 Bauelementwertverhältnisse von 40000 erforderlich sind.are limited. The fact that the respective qualities of the zeros are based on the ratio of the building element values of the components representing the bridge and the shunt branch is given, represents for the Implementation of RC filters in integrated technology is a very hard barrier. For example, to achieve a quality of 10, the component value ratios are 400, while for a Quality of 100 component value ratios of 40,000 are required.

Die Güten sind also, wie die Gleichungen (12) erkennen lassen, nunmehr, abgesehen vom Verstärkungsfaktor k des Trennverstärkers, vom Produkt zweier Verhältnisse der Bauelementwerte bestimmt. Der genannte »Wurzeleffekt« wird erheblich abgeschwächt. Er läßt sich sogar vollständig beseitigen, wenn die in den Gleichungen (12) in Klammer gesetzten Bauelementwertverhältnisse gleich einem vorgegebenen Wert V gewählt werden. In diesem Fall ergibt sich dann für die Güten The grades are thus can recognize how the equations (12), now, apart from the amplification factor k of the buffer amplifier, is determined from the two product ratios of the component values. The so-called "root effect" is considerably weakened. It can even be completely eliminated if the component value ratios in brackets in equations (12) are selected to be equal to a predetermined value V. In this case it then results for the grades

Q₁ < V]Ik; Q₂ < V]/k. (13) Q ₁ <V] Ik; Q ₂ <V] / k. (13)

Mit der erfindungsgemäßen Einfügung eines Trennverstärkers entsprechend den F i g. 1 und 2 in die überbrückten T-Glieder läßt sich also nicht nur der genannte Wurzeleffekt eliminieren, sondern es wird darüber hinaus noch eine zusätzliche Erhöhung der Güte um den Verstärkungsfaktor 2 ^k erhalten, was im Bedarfsfälle ausgenutzt werden kann.With the inclusion of an isolating amplifier according to the invention in accordance with FIGS. 1 and 2 in the bridged T-members so not only can the mentioned root effect be eliminated, but there is also an additional increase in quality by the gain factor 2 ^ k , which can be used if necessary.

Die Schaltung nach F i g. 3 zeigt die Anwendung eines überbrückten Γ-Gliedes nach F i g. 1 in der Gegenkopplungsschleife eines Differenzverstärkers D V mit dem Verstärkungsfaktor K zur Realisierung eines aktiven J?C-Filtervierpols mit im allgemeinen komplexen Polpaaren. Hierbei ist der Ausgans des über-The circuit according to FIG. 3 shows the use of a bridged Γ-element according to FIG. 1 in the negative feedback loop of a differential amplifier D V with the gain factor K for realizing an active J? C four-pole filter with generally complex pole pairs. Here is the exit of the

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brückten T-Gliedes dem invertierenden Eingang(-) Zähler von Gleichung (14) kann in vorteilhafter Weise und sein Eingang dem Ausgang des Differenzverstär- ohne zusätzlichen Aufwand von passiven Bauelekers (DV parallel geschaltet. Der Signaleingang des menten dadurch herbeigeführt werden, daß der Aus-Filtervierpols ist hierbei der nicht invertierende Ein- gang des Filtervierpols nach F i g. 3 nicht vom Ausgang( + ) und sein Signalausgang der Ausgang des 5 gang des Differenzverstärkers DK, sondern vom Aus-Differenzverstärkers DV. Die Polstellen dieses Filter- gang des Trennverstärkers TV (in Fig. 3 in untervierpols kommen hier dadurch zustande, daß die brochener Linie angedeutet) gebildet ist.
Nullstellen des im der Gegenkopplungsschleife an- Bei dem in F i g. 4 dargestellten aktiven RC-Filtergeordneten überbrückten T-Gliedes nach F i g. 1 in vierpol handelt es sich um ein KC-Rückkopplungs-Polstellen invertiert werden. Wie bereits daraufhin- io filter mit einem überbrückten T-Glied nach Fig. 1 gewiesen worden ist, ist es zweckmäßig, den Differenz- Das überbrückte T-Glied nach F i g. 1 ist hier mit verstärker DV für einen Verstärkungsfaktor K :> 1 einem Verstärker V (Verstärkungsfaktor K) in Kette zu bemessen, weil dadurch die Güte der Nullstellen geschaltet. Der Eingang dieses Filtervierpols ist dabei des überbrückten T-Gliedes in der Gegenkopplungs- der Eingang des überbrückten T-Gliedes und sein schleife in entsprechende Polstellen hoher Güte des 15 Signalausgang der Ausgang des Verstärkers V. Die Filtervierpols invertiert werden, ohne daß diese von Rückkopplung ist hier dadurch vorgenommen, dafi den Eigenschaften des Verstärkers abhängig sind. der in F i g. 1 auf Bezugspolential liegende Anschlußbridged T-element the inverting input (-) counter of equation (14) can be connected in an advantageous manner and its input to the output of the differential amplifier without additional expense of passive components (DV -Filtervierpols is the non-inverting input of the filter quadruple according to Fig. 3 not from the output (+) and its signal output is the output of the output of the differential amplifier DK, but from the output differential amplifier DV Isolation amplifier TV (in Fig. 3 in untervierpols come about here because the broken line is indicated) is formed.
Zeroing the in the negative feedback loop at the in F i g. 4 shown active RC filter-ordered bridged T-element according to FIG. 1 in quadrupole is a KC feedback pole positions to be inverted. As has already been indicated thereupon with a bridged T-element according to FIG. 1, it is expedient to use the differential The bridged T-element according to FIG. 1 is to be measured here with amplifier DV for a gain factor K :> 1 an amplifier V (gain factor K) in a chain, because this switches the quality of the zeros. The input of this filter quadrupole is the bridged T-element in the negative feedback, the input of the bridged T-element and its loop in the corresponding high-quality poles of the signal output is the output of amplifier V. The filter quadrupoles are inverted without feedback made here by the fact that the properties of the amplifier are dependent. the in F i g. 1 connection at reference potential

Unter der Voraussetzung, daß der Differenzver- der den Querzweig darstellenden Kapazität C milWith the prerequisite that the differential capacitor representing the shunt arm is C mil

stärker D V ein Operationsverstärker ist, also einen dem Ausgang des Verstärkers V verbunden ist. Seinemstronger DV is an operational amplifier, so one is connected to the output of amplifier V. His

Verstärkungsfaktor von praktisch K = oc aufweist, 20 grundsätzlichen Aufbau nach handelt es sich beiHas a gain factor of practically K = oc, 20 basic structure according to it is at

ergibt sich die Übertragungsfunktion des Filters als diesem Filtertyp, wie bereits ausgeführt worden istthe transfer function of the filter results as this filter type, as has already been explained

Verhältnis der Signalausgangsspannung M₂ zur Signal- um eine Sallen and Key-Anordnung. Der Verstär-Ratio of the signal output voltage M ₂ to the signal around a hall and key arrangement. The amplifier

eingangsspannung M₁ zu kungsfaktor K des Verstärkers V muß bei dieseiinput _{voltage M 1} to kung factor K of the amplifier V must be with diesei

Anordnung > 0 sein und kann beispielsweise irArrangement> 0 and can, for example, ir

„ (sC + e ) · (xC +e) ^{25 der Gr}°ß^enordnung von 1 liegen. Auch hier ergibl"(SC + e) · (xC + e) ^{25 of the order of magnitude} of 1. Also here result

² = _2^_Γ-,² ~" jV ' · (14) die Einfügung des Trenn Verstärkers TV in das dem ² = _2 ^ _Γ -, ² ~ "jV '· (14) the insertion of the isolating amplifier TV into the dem

»1 f«- <-λ + ·«- Ri + Kg₁S₂ Verstärker V vorgeschaltete überbrückte T-Glied die»1 f« - <-λ + · «- Ri + Kg ₁ S ₂ amplifier V upstream bridged T-element the

Möglichkeit, größere Güten der Nullstellen unteiPossibility of subtracting higher quality values of the zeros

Diese übertragungsfunktion hat somit zwei reelle Ausschaltung des Wurzeleffektes zu realisieren. Dar-This transfer function has to realize two real elimination of the root effect. Dar-

Nullstellen und gegebenenfalls komplexe Polstellen 30 über hinaus bietet der Trenn verstärker TV hier jedoch However, the isolation amplifier TV offers zero points and possibly complex poles 30 in addition here

mit Güten, die durch die linke Gleichung (12) gegeben noch weitere Vorteile, die an Hand der übertragungs-with qualities that are given by the equation (12) on the left, which are based on the transmission

sind. Die reellen Nullstellen können gegebenenfalls funktion dieses Filters und an Hand des Diagrammsare. The real zeros can possibly function of this filter and on the basis of the diagram

mit einer vor- oder nachgeschalteten .RC-Abzweig- der F i g. 5 noch näher erläutert werden sollen,with an upstream or downstream .RC branch of F i g. 5 should be explained in more detail,

schaltung oder anderen Schaltungen weggekürzt wer- Die übertragungsfunktion der Schaltung nachcircuit or other circuits are shortened

den. Das Wegkürzen des ersten Nullstellenfaktors im 35 F i g. 4 lautetthe. The shortening of the first zero factor in FIG. 35 F i g. 4 is

"2 ₌ κ - H S²C "2 ₌ κ - H S ² C

S²CC₃ + MC₃R₂ + Cg₁ - kKC_iRl) + S ² CC ₃ + MC ₃ R ₂ + Cg ₁ - kKC _iRl ) +

Wie die Gleichung (15) erkennen läßt, sind die chend der Lage der Nullstellen. Für den Fall k < 1As can be seen from equation (15), these are the position of the zeros. For the case k < 1

Nullstellen wie bei aus Widerständen und Kapa- wird unterhalb der Nullstelle das übcrtraeungsver-Zeroing as in the case of resistances and capacitance, the transmission is reduced below the zero.

zitäten bestehenden überbrückten T-Glicdern un- halten des Vierpols zugunsten seines Übertragungs·existing bridged T-gliders discourage the quadrupole in favor of its transmission

empfindlich. Die Einfügung des Trennverstärkers 45 Verhaltens oberhalb der Nullstel.o verschlechtensensitive. The insertion of the isolation amplifier 45 deteriorates behavior above the zero position

beseitigt jedoch nicht die Polstellenempfindlichkeit (Hochpaßcharakteristik). Das entgegengesetzte Verhowever, does not remove the pole sensitivity (high-pass characteristic). The opposite ver

der Sallen and Key-Anordnung, die durch ein nega- halten, also eine Tiefpaßcharakteristik, wird für derthe hall and key arrangement, which is held by a nega-, i.e. a low-pass characteristic, is used for the

tives Vorzeichen im Klammerausdruck des zweiten Fall k > 1 erreicht. Wäre der Trennverstärker gemättive sign in the bracket expression of the second case k> 1 reached. If the isolation amplifier would have been

Gliedes des Nenners gegeben ist. Entgegen der üb- der Erfindung TV nicht vorhanden, d.h. überbrücktTerm of the denominator is given. Contrary to the invention, TV is not present, ie bridged

liehen Sallen and Key-Anordnung brauchen bei 50 dann müßten zusätzliche Bauelemente in das NetzBorrowed hall and key arrangement need at 50 then additional components would have to be in the network

der Anordnung nach F i g. 4, unter der Voraus- werk eingebracht werden, um den gleichen Effekthe arrangement according to FIG. 4, under the pre-work to be introduced to the same effect

setzung, daß Pol- und Nullstellen komplex sind, zu bewirken. Das Einfügen des Trennverstärkers TV setting that poles and zeros are complex to bring about. The insertion of the isolation amplifier TV

die Pol- und Nullstellen nicht auf dem gleichen hilft also hier Bauelemente einsparen. Entsprechencthe poles and zeros are not on the same, so here it helps to save components. Corresponding c

Ursprungskreis in der komplexen Ebene zu liegen. dem Filtervierpol nach F i g. 3 kann auch beim FilterCircle of origin to lie in the complex plane. the four-pole filter according to FIG. 3 can also be used for the filter

Der Verstärkungsfaktor k des Trennverstärkers im 55 vierpol nach F i g. 4 der Ausgang vom Ausgang de;The gain factor k of the isolating amplifier in the 55 four-pole according to FIG. 4 the output from output de;

Zählerglied kgjg₂ kann in vorteilhafter Weise dazu Trennverstärkers TV an Stelle vom Ausgang deiCounter element kgjg ₂ can advantageously for this purpose isolating amplifier TV instead of the output dei

ausgenutzt werden, um die genannte Beschränkung Verstärkers V gebildet sein. Dieser alternative" Auscan be exploited to form the said restriction amplifier V. This alternative "Aus

der bekannten Sallen and Key-Anordnung zu über- gang ist in F i g. 4 in unterbrochener Linie angeThe known hall and key arrangement is shown in FIG. 4 indicated in broken line

winden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß der deutet.squirm. For this it is only necessary that he interprets.

Verstärkungsfaktor k + 1 gewählt wird, 60 Die in den F i g. 3 und 4 angegebenen AnwendungsGain factor k + 1 is chosen, 60 The in the F i g. 3 and 4 specified application

Die Variation des Verstärkungsfaktors k des Trenn- möglichkeiten der erfindungsgemäßen GrundschalThe variation of the gain factor k of the separation possibilities of the basic scarf according to the invention

Verstärkers TV ermöglicht also mit anderen Worten tung nach Fi g. 1 sind nur zwei von möglichen vieleiIn other words, amplifier TV enables device according to FIG. 1 are only two of the possible many

eine Variation der Charakteristik des Filtervierpols, Varianten. Es versteht sich von selbst, daß sich diia variation of the characteristic of the filter quadrupole, variants. It goes without saying that dii

wie sie in F i g. 5 angedeutet ist. In F i g. 5 ist schema- Anordnungen nach der. F i g. 3 und 4 auch mit einenas shown in FIG. 5 is indicated. In Fig. 5 is schematic arrangements according to the. F i g. 3 and 4 also with one

tisch über der Frequenz / das Verhältnis der Signal- 65 überbrückten T-Glied nach F i g. 2 verwirkliche!table over the frequency / the ratio of the signal 65 bridged T-element according to FIG. Realize 2!

ausgangsspannung u₂ zur Signaleingangsspannungw, lassen. Auch ist die Anwendung in aktiven RC-Filtenoutput voltage u ₂ to signal input voltage w. It is also used in active RC filters

aufgetragen. Bei Wahl des Verstärkungsfaktors k = 1 nicht auf ein einziges Glied beschränkt. Je naclapplied. If the gain factor k = 1 is selected, it is not restricted to a single element. Depending on

ergibt sich eine BandspeTTencharakteristik entspre- Bedarf können zwei oder mehr gleiche oder verthis results in a band characteristic corresponding to requirements, two or more identical or different

schiedene überbrückte Γ-Glieder in Kettenschaltung vorgesehen werden. Ferner ist es gerade bei den Anordnungen nach den F i g. 3 und 4 möglich, an Stelle eines überbrückten T-Gliedes zwei gleiche oder verschiedene, einander parallel geschaltete überbrücktedifferent bridged Γ-links in chain connection are provided. Furthermore, it is precisely with the arrangements according to FIGS. 3 and 4 possible in place of a bridged T-link two identical or different, bridged in parallel

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T-Glieder vorzusehen. In allen diesen Fällen treten die geschilderten erfindungsgemäßen Vorteile auf. Darüber hinaus erleichtert das Einfügen von Trennverstärkern ganz allgemein die Dimensionierung solcher Filter wie auch ihre Synthese.T-links to be provided. Occur in all of these cases the described advantages according to the invention. It also makes it easier to insert isolation amplifiers in general the dimensioning of such filters as well as their synthesis.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (10)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Integrierbarer RC-Filtervierpol für Geräte und Einrichtungen der elektronen Nachrichten-, Meß- und Datenverarbeitungstechnik, bestehend »us wenigstens einem überbrückten T-Glied mit1. Integrable four-pole RC filter for devices and devices for electronic communications, measurement and data processing technology, consisting of “With at least one bridged T-link Je einem Widerstand bzw. einer Kapazität in den Längszweigen und je einer Kapazität bzw. einem Widerstand im Quer- und im Brückenzweig, dadurch gekennzeichnet, daß in übertragungsrichtung des überbrückten T-Gliedes zwi- ' $chen dem Querzweig und dem ausgangsseitigen Längszweig eine Trennstufe (T V) eingefügt ist.One resistor or one capacitance in each of the series branches and one capacitance or one resistor in each of the transverse and bridge branches, characterized in that in the transmission direction of the bridged T-member between the transverse branch and the output-side series branch a separating stage ( TV) is inserted. 2. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach An- $pruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennstufe (TV) ein Trennverstärker ist, dessen Uber-Iragungsfaktor (ic) gleich oder größer Eins gewählt ist.2. Integrable RC four-pole filter according to Claim 1, characterized in that the isolating stage (TV) is an isolating amplifier whose transmission factor (ic) is selected to be equal to or greater than one. 3. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des überbrückten T-Gliedes dem einen Eingang und sein Eingang dem Ausgang eines Differenzverstärkers [DV) parallel geschaltet3. Integrable RC four-pole filter according to claim 1 or 2, characterized in that the output of the bridged T-element is connected in parallel to one input and its input to the output of a differential amplifier [DV) ist und daß der andere Eingang des Differenz-Verstärkers den Signaleingang und der Ausgang des Differenzverstärkers oder der Ausgang der Trennstufe den Signalausgang des Filtervierpols bildet.and that the other input of the differential amplifier is the signal input and the output of the differential amplifier or the output of the isolating stage the signal output of the filter quadrupole forms. 4. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht invertierende Eingang des Differenzverstärkers [DV) den Signaleingang des Filtervierpols abgibt.4. Integrable RC four-pole filter according to claim 3, characterized in that the non-inverting input of the differential amplifier [DV) emits the signal input of the four-pole filter. 5. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (DV) ein Operationsverstärker ist.5. Integrable RC four-pole filter according to one of claims 2 to 4, characterized in that the differential amplifier (DV) is an operational amplifier. 6. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem überbrückten T-Glied ausgangsseitig in übertragungsrichtung ein Verstärker (V) nachgeschaltet ist dessen Ausgang oder der Ausgang der Trennstufe den Signalausgang des Filtervierpols bildet, und daß der Querzweig des überbrückten T-Gliedes dadurch zu einem Rückkopplungszweig erweitert ist, daß der freie Anschluß des den Querzweig bildenden Bauelementes (C₃, g₃) mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist.6. Integrable RC filter quadrupole according to claim 1, characterized in that the bridged T-element on the output side in the transmission direction is followed by an amplifier (V) whose output or the output of the isolating stage forms the signal output of the filter quadruple, and that the shunt of the bridged T- Member is expanded to form a feedback branch in that the free connection of the component (C ₃ , g ₃ ) forming the shunt branch is connected to the output of the amplifier. 7. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsfaktor (k) der Trennstufe (T) vom Wer) Eins verschieden gewählt ist.7. Integrable RC four-pole filter according to claim 6, characterized in that the transmission factor (k) the separation level (T) from who) one is different. 8. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Bauelementwerte, einerseits des den Querzweig bildenden Bauelementes (C₃, g₃) zu dem den Brückenzwei§ bildenden Bauelement (C, g) und andererseits des der. ausgangsseitigen Längszweig bildenden Bauelementes (g₂, C₂) zu dem den eingangsseitiger Längszweig bildenden Bauelement (g_it C₁) de: überbrückten Γ-Gliedes gleich groß gewählt ist8. Integrable RC filter quadrupole according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio of the component values, on the one hand of the component forming the shunt branch (C ₃ , g ₃ ) to the component forming the bridge two (C, g) and on the other hand of the . output-side longitudinal branch forming component (g ₂ , C ₂ ) to which the input-side longitudinal branch forming component (g _it C ₁ ) de: bridged Γ-member is chosen to be the same size 9. Integrierbarer RC-Filtervierpol nach eineir der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnei durch zwei oder mehr in Kette geschaltete gleich« oder verschiedene überbrückte T-Glieder.9. Integrable four-pole RC filter according to one of the preceding claims, identified by two or more equal in a chain « or various bridged T-links. 10. Integrierbarer RC-Filteirvierpol nach einen der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch zwe einander parallel geschaltete gleiche oder verschie dene überbrückte T-Glieder.10. Integrable RC-Filteirvierpol after a of claims 3 to 8, characterized by two identical or different ones connected in parallel dene bridged T-links.