ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ ФИЛЬТР ВТОРОГО ПОРЯДКА НА ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫХ КОНДЕНСАТОРАХ С ПЕРЕСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ ПОЛЮСА ЦИФРОВЫМ ПОТЕНЦИОМЕТРОМ
Аннотация
Разработан и исследован дискретно-аналоговый фильтр второго порядка на двух частотозадающих конденсаторах. Предлагаемая схема содержит два входа (In_LPF_HPF, In_BPF_NPF) и четыре выхода (Out_LPF, Out_BPF, Out_HPF, Out_NPF). Тип фильтра (числитель передаточной функции) определяется путем подключения к соответствующему входу схемы источника сигнала и съема сигнала с соответствующего выхода. Затухание полюса зависит от сопротивления одного резистора R5, который не влияет на другие параметры. Поэтому затухание полюса может перестраиваться с помощью этого резистора. Для установления коэффициента передачи в полосе пропускания на заданном уровне в ФНЧ и ФВЧ целесообразно использовать резистор R1, а для ПФ и РФ – резистор R2. Изменение данных резисторов не будет вызывать изменения других параметров схемы фильтра. Установлено, что частота полюса зависит от сопротивления резистора R8 или цифрового потенциометра , коэффициент передачи которого может изменяться путем изменения двоичного цифрового кода , подаваемого на его управляющие входы, а остальные параметры звена фильтра от них не зависят, поэтому путем изменения сопротивления этого резистора или коэффициента передачи цифрового потенциометра частота полюса может перестраиваться в широком диапазоне при сохранении других параметров. Компьютерное моделирование исследуемого дискретно-аналогового фильтра выполнено в среде Micro-Cap. Приведены последовательности импульсов, управляющих электронными ключами. Показаны графики выходных напряжений на выходах схемы (Out_LPF, Out_BPF, Out_HPF, Out_NPF). Применение цифрового потенциометра в схеме фильтра крайне перспективно при построении адаптивных систем обработки сигналов
Список литературы
1. Yadav P.K., Vemuganti H.P. and Biswal M. A Seven-Level Switched Capacitor-Based RSC-MLI To-pology with Suppressed Inrush Currents for Grid-Connected Applications, 2023 5th International Con-ference on Power, Control & Embedded Systems (ICPCES), Allahabad, India, 2023, pp. 1-6. doi: 10.1109/ICPCES57104.2023.10075773.
2. Sánchez-Sinencio E. Analog filter design: Current design techniques and trends, 2017 IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC), Austin, TX, 2017, pp. 1-76.
3. Rezaei F. and Salem L.G. A 94.7-dB Dynamic Range Fully Passive Switched-Capacitor Low-pass Fil-ter with Enhanced Selectivity and Passive Gain, 2024 IEEE European Solid-State Electronics Research Conference (ESSERC), Bruges, Belgium, 2024, pp. 277-280. doi: 10.1109/ESSERC62670.2024.10719589.
4. Schmid H., Huber A. Analysis of switched-capacitor circuits using driving-point signal-flow graphs, Analog Integr Circ Sig Process, 2018, 96, pp. 495-507.
5. Pawłowski P., Długosz R., Radkowski M., Wątły M. and Dąbrowski A. Analog, Programmable Switched Capacitor FIR Filter Based on Rotator Architecture Implemented in CMOS Technology, 2023 Signal Processing: Algorithms, Architectures, Arrangements, and Applications (SPA), Poznan, Poland, 2023, pp. 201-206. doi: 10.23919/SPA59660.2023.10274431.
6. Temes, Gabor & Moon, Un-Ku & Allstot, David. Switched-Capacitor Circuits [Education], IEEE Cir-cuits and Systems Magazine, 2022, 21, pp. 40-42. 10.1109/MCAS.2021.3118195.
7. Santos D.O., Sousa R., Cardoso R., Carvalho E.A. N and Freire R. C. S. A Low-Frequency Sinusoidal Voltage Controlled Oscillator Based on Switched Capacitor Filters, 2024 8th International Symposium on Instrumentation Systems, Circuits and Transducers (INSCIT), Joao Pessoa, Brazil, 2024, pp. 1-6. doi: 10.1109/INSCIT62583.2024.10693381.
8. Alpaydin G., Erten G., Balkir S. and Dundar G. Synthesis of switched capacitor filters in a multi-level optimization environment, Proceedings of the Third International Workshop on Design of Mixed-Mode Integrated Circuits and Applications (Cat. No. 99EX303), 1999, pp. 175-178.
9. Verreault A., Cicek P.-V. and Robichaud A. A Rail-to-Rail Low-Power Dynamic CMOS Amplifier for Switched-Capacitor Filters in High-Performance ADC, 2024 IEEE 67th International Midwest Sympo-sium on Circuits and Systems (MWSCAS), Springfield, MA, USA, 2024, pp. 1230-1234. doi: 10.1109/MWSCAS60917.2024.10658861.
10. Dri E., Peretti G. & Romero E. A built-in self-test for analog reconfigurable filters implemented in a mixed-signal configurable processor, Analog Integr Circ Sig Process, 2022, 112, pp. 355-365, Availa-ble at: https://doi.org/10.1007/s10470-022-02055-6.
11. Lei L. and Chen Z. Analysis and Optimization of Parasitics-Induced Peak Frequency Shift in Gain-Boosted N-Path Switched-Capacitor Bandpass Filter, IEEE Solid-State Circuits Letters, 2024, Vol. 7, pp. 339-342. doi: 10.1109/LSSC.2024.3488001P.
12. Kaya K., Ozanoglu K., Kahya Y. P. and Dundar G. Programmable Switched-Capacitor Filter Design Tool for Biomedical Signal Acquisition, 2023 19th International Conference on Synthesis, Modeling, Analysis and Simulation Methods and Applications to Circuit Design (SMACD), Funchal, Portugal, 2023, pp. 1-4. doi: 10.1109/SMACD58065.2023.10192182.
13. Sewell J.I. and Loomes D. Switched-capacitor filters for FPGA implementation: tools and designs, IEE Colloquium on Digital and Analogue Filters and Filtering Systems (Digest No. 1996/238), London, UK, 1996, pp. 5/1-5/7. doi: 10.1049/ic:19961266.
14. Kopanski J., Wiechowski L., Siwiec K. and Pleskacz W. A. A low sampling frequency switched capacitor low-pass filter for wireless receivers, 2016 MIXDES - 23rd International Conference Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, Lodz, Poland, 2016, pp. 130-135. doi: 10.1109/MIXDES.2016.7529716.
15. Grillo G.J., Perez M.A. and Florencias A.E. Synchronic Filter Based on Switched Capacitor Filters for High Stability Phase-Detectors Systems, 2006 IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference Proceedings, Sorrento, Italy, 2006, pp. 1977-1981. doi: 10.1109/IMTC.2006.328390.
16. Zhao H., Yang B. A Second-order Sallen-Key Low-pass Filter with Switched Capacitors, 2024 4th In-ternational Conference on Communication Technology and Information Technology (ICCTIT), Guang-zhou, China, 2024, pp. 11-14. doi: 10.1109/ICCTIT64404.2024.10928678.
17. Hsiao C.-L., Wei H.-C., Huang R. -B, Tan K. -Y. A fully integrated switched-capacitor filter design for ECG application, 2013 IEEE 2nd Global Conference on Consumer Electronics (GCCE), Tokyo, Japan, 2013, pp. 247-248. doi: 10.1109/GCCE.2013.6664814.
18. Adhikari P.M., Karmakar A., Das R. A Switched Capacitor Based Realization of Fractional Order Low-Pass Filters, 2015 Fifth International Conference on Communication Systems and Network Technolo-gies, Gwalior, India, 2015, pp. 350-353. doi: 10.1109/CSNT.2015.183.
19. Denisenko D.Yu., Titov A.E., Prokopenko N.N., Kuznetsov D.V. Diskretno-analogovyy fil'tr vtorogo poryadka na dvukh pereklyuchaemyh kondensatorah i perestroykoy chastoty polyusa tsifrovym po-tentsiometrom [Second-order discrete-analog filter on two switched capacitors and pole frequency tuning by a digital potentiometer], Russian Federation patent application 2025130867, Declared 22.01.25.
20. Micro-Cap user download. Available at: https://gotroot.ca/spectrum/www.spectrum-soft.com/download/ download.html (accessed 25 April 2025).
