breadcrumbs_revolution_theme

Цифровые фильтры, как LC-фильтры так и активные RC-фильтры необходимо настраивать, а в процессе эксплуатации их параметры могут изменяться из-за нестабильности отдельных частотно задающих компонентов. Цифровой фильтр содержит входной аналоговый фильтр АФ АЦП, микро ЭВМ либо микропроцессор, ЦАП и выходной фильтр нижних частот НЧ.

С помощью АФ АЦП выбираются входные сигналы, которые преобразуются в цифровую форму. Микро ЭВМ обрабатывает поступающие цифровые выборки сигнала по определенной программе. С выхода микро ЭВМ цифровой сигнал поступает на ЦАП, где сигнал из цифровой формы вновь превращается в аналоговую. Так как работа АФ АЦП и ЦАП всегда сопровождается появлением паразитных высших гармоник, то они отфильтровываются простым фильтром нижних частот НЧ.

В таком фильтре средняя частота, добротность, порядок фильтра полностью определяются программой обработки сигнала в микро ЭВМ, не зависят от каких либо аналоговых параметров схемы и потому имеют очень высокую стабильность.

Промышленностью выпускаются микропроцессорные наборы, специально рассчитанные на реализацию сетевых трансформаторных фильтров для оборудования. Вместе с тем для применения в достаточно простых устройствах автоматик и телемеханик подобные фильтры еще достаточно сложны, и частотный диапазон их практически ограничен.


Квазицифровые фильтры. Учитывая достаточную сложность цифровых фильтров, в последние годы стали больше использовать квазицифровые фильтры. В этих фильтрах так же и в цифровых, берутся дискретные отсчеты входного сигнала. Однако в дальнейшем необходимая математическая обработка осуществляется аналоговым способом. Так, в аппаратуре телемеханики типа МРК-1 на интегральных схемах применены квазицифровые фильтры на основе коммутируемых конденсаторов. С помощью схемы управления СУ, получающей стабильные по частоте импульсы от внешнего генератора например кварцевого, к схеме поочередно подключаются конденсаторы с частотой Nf N-число конденсаторов.

Работу фильтра примерно можно представить таким образом. Пусть частота включения каждого конденсатора равна входной частоте, а включение первого конденсатора совпадает с моментом перехода входного напряжения через нулевое значение. Если рассмотренный процесс осуществляется продолжительное время несколько десятков периодов, то очевидно, что на каждом конденсаторе установится среднее напряжение отрезка синусоиды, в течение которого включается данный конденсатор. Так как конденсаторы подключаются последовательно во времени, то и напряжение поступающее в них на выход, будет представлять собой последовательность прямоугольных разнополярных импульсов.

Если входная частота отличается от частоты коммутации конденсаторов, то на любой конденсатор при каждом его включении будет поступать различные отрезки синусоиды обеих полярностей. Среднее значение напряжения на конденсаторе будет стремится к нулю. Напряжение на выходе фильтра также будет равно нулю. Следовательно, на выход фильтра пройдет только частота, совпадающая с частотой коммутации конденсаторов. Характерной особенностью фильтра является то, что кроме основной полосы вокруг f, фильтр имеет полосу пропускания около нуля, а также вокруг 2f, 3f, схема имеет гребенчатую характеристику пропускания. Выходной сигнал фильтра имеет несинусоидальную форму представляет собой последовательность почти прямоугольных импульсов.

Для того чтобы выделить основную полосу частот и получить синусоидальный сигнал на выходе, на его входе и выходе фильтра приходится подключать дополнительные аналоговые фильтры полосовые или фильтры нижних частот. Вместе с тем обычно ближайшие от основной полосы паразитные полосы частот гребенчатого фильтра лежат значительно дальше, чем полосы соседних каналов. Поэтому здесь могут быть применены более простые менее стабильные аналоговые фильтры, чем при чисто аналоговой фильтрации помех. Например, пусть f3,0 кГц каналы телемеханики на электрифицированных железных дорогах отстоят друг от друга на частоту 180 Гц, в то время как ближайшая соседняя полоса 2f , будет отстоять от f на 3 кГц. Естественно, что построить аналоговый фильтр, подавляющий эту полосу, проще чем полосу соседнего канала.

Для получения фильтров высоких порядков звенья фильтров второго порядка, можно включать последовательно или по дифференциальной схеме. Так, в аппаратуре каналов связи типа МРК-85 в качестве элементарного звена применена дифференциальная схема четвертого порядка. Для коммутации конденсаторов в ней использованы аналоговые демультиплексоры –распределители АДМ1 м АДМ2. Они управляются двухразрядными двоичными последовательностями, поступающими от синтезатора частот.

Преимуществом такого звена является то, что при этом подавляется паразитная полоса пропускания вокруг нуля. В качестве аналоговых фильтров на входе и выходе квазицифрового фильтра можно использовать фильтрации полосу пропускания вблизи нуля, фильтры имеют гребенчатую характеристику.

При этом в зоне однозначной передачи частота, поступившая на вход в соответствии с АЧХ фильтра, проходит на выход той же частотой, как и в фильтрах других типов. В зоне неоднозначной передачи, частота поступившая на вход, преобразуется фильтром в основную частоту и в сложных последовательных цепочках фильтров высокого порядка уже не подвергается последующей фильтрации. Затухания фильтра на этих частотах будет определяться только первым звеном. Поэтому частоты зоны неоднозначной передачи должны задерживаться входным аналоговым фильтром в тоже время паразитные полосы пропускания в диапазоне однозначной передачи подавляются как последующим звеньями, так и выходным аналоговым фильтром.

В рассмотренном квазицифровом фильтре имеют место амплитудные и фазовые искажения, шумы квантования выходного сигнала, связанные с дискретизацией входного сигнала. Практически все это уменьшается с увеличением числа конденсаторов N, однако усложняется конструкция фильтров.

Квазицифровой фильтр должен иметь аналоговую фильтрацию на входе и выходе. Учитывая то, что основная фильтрация сигнала в приемнике осуществляется входным фильтром в дискриминаторе, аналоговые фильтры на входе не применены. В ЧМ- приемнике на вход дискриминатора сигналы поступают с выхода ограничителя амплитуд и имеют прямоугольную форму. Прямоугольные импульсы содержат бесконечный спектр частот, которое попадают и в зону неоднозначной передачи квазицифрового фильтра, в результате чего на выходе фильтра имеют место амплитудные искажения биения, зависящие от фазы входного и коммутирующего сигналов. Для уменьшения этих искажений в дискриминаторе применены два параллельных КФ, выходные сигналы которых суммируются. Коммутирующие импульсы этих фильтров имеют фазовый сдвиг. Когда на одном фильтре сигнал имеет максимум, то на другом минимум и наоборот. При четырех конденсаторах этот фазовый сдвиг равен 45. Благодаря этому уменьшается биения амплитуд выходного сигнала, но усложняется конструкция фильтра. В полосовом фильтре каналов связи типа МРК-35 применены звенья с четырьмя конденсаторами, число кратное двум, позволяет использовать двоичную в основном структуру промышленных интегральных схем. Более подробную информацию можете получить у наших специалистов по многоканальному  телефону.


Остались вопросы?