测控电路第4版张国雄第4章节信号分离电路.ppt

在时钟脉冲Φ1与Φ2驱动下，信号源ui(t)向电容C1充电，又将存储在C1的电荷转移到C2。流过节点1、2的平均电流iav(t)= C1 ui(t)/ Tc，两节点1、2之间构成一个等效电阻Req= ui(t)/ iav(t)=Tc/ C1，等效时间常数τ= C2Req=TcC2/C1= C2/(C1fclk)。τ仅取决于电容比C2/C1，CMOS制造工艺可将C2/C1精度控制在0.1%以内。 4.3 集成有源滤波器 4.3.1 开关电容滤波原理 在许多测控系统中，被测信号中心频率f0在很宽的频带内连续变化，要求测量电路在很窄的频带f0?Δf内提取测量信号，例如在转动的控制系统中，要求按照需要将机器转速控制在0~nmax之间的任意给定值，同时必须准确测量在任意瞬间与机器转动同频率的其他物理量的量值。在这种情况下，采用普通滤波器无法获得所需的测量信号，而利用中心频率自动可调的跟踪滤波器可以有效地解决这个问题。 4.4 跟踪滤波器 * 4.4 跟踪滤波器 4.4.1 压控跟踪滤波器 ∞ - + + N R3 R1 C2 C1 R/2 Rv ui(t) uc(t) R R0 uo(t) V VD ∞ - + + N R3 R1 C2 C1 R2 R ui(t) uo(t) * 4.4 跟踪滤波器 4.4.2变频跟踪滤波器 能够跟踪被测信号源的频率，进行滤波抑制噪声 被 测 信 号 源 乘法器 乘法器 90O移相器 乘法器 加法器 90O移相器 乘法器 晶体滤波器 中心频率?0 低通滤波器 1/N分频器 e0 e1 e1 e2 e3 e4 e2 e6 -e5 e7 e7 e8 e9 e10 e11 带通滤波器中心频率?0 晶体振荡器Nf0 -e1 e2 4.4 跟踪滤波器 被 测 信 号 源 乘法器 乘法器 90O移相器 乘法器 加法器 90O移相器 乘法器 晶体滤波器 中心频率?0 低通滤波器 1/N分频器 e0 e1 e1 e2 e3 e4 e2 e6 -e5 e7 e7 e8 e9 e10 e11 带通滤波器中心频率?0 晶体振荡器Nf0 -e1 e2 习题与思考题 4-1 4-4 4-15 * * 4.1 滤波器的基本知识 理想滤波器要求幅频特性A(ω)在通带内为一常数，在阻带内为零，没有过渡带，还要求群延时函数τ(ω)在通带内为一常量，这在物理上是无法实现的。实践中往往选择适当逼近方法，实现对理想滤波器的最佳逼近。 测控系统中常用的三种逼近方法为： (一)巴特沃斯逼近 (二)切比雪夫逼近 (三)贝赛尔逼近 4.1.4 滤波器特性的逼近 * 4.1 滤波器的基本知识 （一）巴特沃斯逼近 4.1.4 滤波器特性的逼近 保持幅频特性单调变化的前提下，通带内最为平坦 4.1 滤波器的基本知识 （一）巴特沃斯逼近 4.1.4 滤波器特性的逼近 将具有欠阻尼和过阻尼的二阶环节组合在一起，以达到单调且最平坦要求。 20lgA/dB -1 0 1 -40 -20 0 20 α=2.5 α=1.67 α=1.25 α=0.8 α=0.5 α=0.33 α=0.2 α=0.1 lg(ω/ω0) -60 * 4.1 滤波器的基本知识 0.5 1.0 ω/ω0 n=2 n=4 n=5 1 2 0 A 1 -180° 0 ω/ω0 n=5 n=4 n=2 -360° 2 ?/(°) 4.1.4 滤波器特性的逼近 （一）巴特沃斯逼近 * 4.1 滤波器的基本知识 （二）切比雪夫逼近 允许通带增益Kp有一定的波动量ΔKp，故在电路阶数一定的条件下，可使其过渡带更陡峭，幅频特性更接近矩形，但是其相频特性也变得更差。 4.1.4 滤波器特性的逼近 常用的二阶低通滤波器，只要阻尼α小于临界阻尼均属于切比雪夫逼近，不同的阻尼α对应不同的ΔKp值。 切比雪夫逼近在通带内ω≤ωp有[n/2]（[n/2]表示n/2取整）个等幅波动，通带增益在1到 之间变化。允许的波动幅度越大，其过渡带越陡峭，但ΔKp所产生的幅度失真也越大，同时相频特性也随之变差。在通带外ωωp,基本以指数规律衰减。 4.1 滤波器的基本知识 4.1.4 滤波器特性的逼近 （二）切比雪夫逼近 4.1 滤波器的基本知识 4.1.4 滤波器特性的逼近 （二）切比雪夫逼近 β=[arcsinh(1/ε)]/ n 4.1.4 滤波器特性的逼近 4.1 滤波器的基本知识 (三）贝赛尔逼近 它主要侧重于相频特性，其基本原则是使通带内相频特性线性度最高，群时延函数τ(ω)最接近于常量，从而使相频特性引起的相位失真最小。对于常用的二阶低通滤波器