DE2035761C2

DE2035761C2 - N-Pfad-Filter

Info

Publication number: DE2035761C2
Application number: DE19702035761
Authority: DE
Inventors: Dietrich-Ekkehard Dr.-Ing. 7412Eningen Alker
Original assignee: Wandel U. Goltermann, 7410 Reutlingen
Filing date: 1970-07-18
Publication date: 1976-12-23

Description

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Die Erfindung betrifft ein N-Pfad-Filter mit N zyklisch während höchstens dem N-ten Teil einer Periode einer Steuerfrequenz nicht überlappend leitenden, in Querzweigen angeordneten Schaltern, dessen Ausgang eine den Signalfluß während des Umschaltens (in den Schaltlücken zwischen den Anschaltzeiten der Schalter des N-Pfad-Filters) hemmende Sperreinrichtung nachgeschaltet ist.

F i g. 1 zeigt ein z. B. aus der Zeitschrift »Frequenz«, Bd. 20/1966, Nr. 12, S. 404, Bild 11b, bekanntes gebräuchliches N-Pfad-Querschalter-Filter, das aus N + 1 passiven Elementen (z. B. 1 Längswiderstand und 3 Querkondensatoren) und aus N in den Querzweigen liegenden Schaltern besteht. Es kann in mehreren Stufen angeordnet und in dualer Anordnung mit Längsschaltern ausgebildet werden.

N-Pfad-Filter werden in der elektrischen Meß- und Nachrichtentechnik zu Selektionszwecken verwendet. Sie kommen zufolge der NichtVerwendung von Induktivitäten der allgemein bestehenden Forderung nach »Integrierbarkeit« elektrischer Schaltungen nach, benötigen jedoch eine Steuerschaltung Für die Betätigung ihrer Schalter.

Für die Schalter eines N-Pfad-Querschalter-Filters besteht die Forderung, daß stets genau einer leitet. Wegen der endlichen Umschaltgeschwindigkeiten der Schalter ist diese Forderung jedoch nicht exakt realisierbar.

Das tatsächliche Steuerprogramm liegt praktisch zwischen den beiden Grenzfällen, daß stets ein Schalter völlig leitet (gestrichelt in Fig. 2) oder daß stets N-I-Schalter völlig sperren (durchgezogen in Fig. 2).

Wenn stets ein Schalter völlig leitet, treten bei Umschaltzeiten t_u Überlappungszeiten t_a = 2t_u auf, während denen zwei Kondensatoren parallel geschaltet sind, so daß die betreffenden Kondensalorladungen sich durch starke Ströme einander angleichen. Dabei werden die Unterschiede der Kondensatorspannungen verringert, und die Hälf'e der Energieunterschiede geht verloren, was in einer zusätzlichen Durchlaßdämpfung resultiert. Außerdem wirken sich die starken Ausgleichströme nachteilig auf die Halbleiterschalter aus. insbesondere aus letzterem Grund vermeidet man diesen Grenzfall des »überlappenden Schaltens«.

Wenn stets N-1-Schalter völlig sperren, so kommen keine Ausgleichströme vor, doch treten bei endlichen Umschaltzeiten t„ Pausenzeiten tp = 2r„ auf, während denen kein Schalter leitet und das N-Pfad-Filter praktisch eine Kurzschlußverbindung darstellt. Daher verschlechtert dieser Grenzfall des »lückenden Schaltens« die Sperrdämpfung, insbesondere die Weitabdämpfung, wesentlich und setzt ihr eine von dem Verhältnis

N-f„

abhängige obere Grenze (f₀ = Gesamtdauer eines Schaltzyklus). Bei einem zwischen den beiden Grenzfälkn liegenden Steuerprogramm verschlechtern sich Durchlaß- und Sperrdämpfung.

Die Erfindung hat die Aufgabe, unter Beibehaltung der Vorteile des »lückenden Schaltens« den beschriebenen Nachteil zu beseitigen, d. h. die hierbei praktisch erreichbare Sperrdämpfung zu vergrößern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahme.

Die Erfindung verwendet also als Sperreinrichtung ein ohnehin meist vorgesehenes, mit dem ersten N-Pfad-Filter in Reihe geschaltetes zweites N-Pfad-Filter. Dies ergibt den Vorteil, daß sich eine besondere Sperreinrichtung erübrigt.

Aus der GB-PS 11 15 940 ist zwar eine auch als N-Pfad-Filter arbeitende Modulator-Anordnung mit längs angeordneten Pfadschaltern bekannt, bei der ausgangsseitig als Sperrvorrichtung ein besonderer, den Signalfluß während des Umschaltens jedes Pfadschalters hemmender Schalttransistor (FET 5 in Fig. 1 dieser Druckschrift) vorgesehen ist, die aber von einer Anordnung mit längs angeordneten Pfadschaltern ausgeht, als Sperreinrichtung einen besonderen längs angeordneten Schalttransistor verwendet und die andersartige Aufgabe löst, die während der Umschaltvorgänge durch die Ungleichheit der Pfadschalter hervorgerufenen impulsförmigen Störspannungen zu unterdrücken. Der Einfluß eines praktisch realisierbaren, mit Überlappungen und/oder Lücken arbeitenden Steuerprogramms auf die Durchfluß- oder Sperrdämpfung ist in der GB-PS 1115 940 nicht angesprochen. Diese geht von einem idealen Steuerprogramm aus, bei dem stets genau einer der Pfadschalter leitet. Sie behandelt nur N-Pfad-Filter mit Längsschaltern, bei denen in dem bei der Erfindung vorausgesetzten Fall eines lückenden Schalterbetriebs gar keine Beeinträchtigung der Sperrdämpfung auftritt.

In Fig. 5 der DT-OS 19 23 893 der zugehörigen älteren Anmeldung ist als dortiges erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines N-Pfad-Filters mit Quer-

zweigen bereits eine Anordnung vorgeschlagen worden, die zwei separate Ausblendschalter vorsieht, von denen der eine als gemeinsamer Querschalter 4 aller Querzweige und von denen der andere ausgangsseitig wahlweise als Längsschalter 4 oder als Querschalter 4' angeordnet ist.

Aus Frequenz, a. O, S. 402, Bild 8, ist auch die Kettenschaltung mehrerer N-Pfad-Filter bekannt, deren einander entsprechende Schalter gleichphasig von einem einzigen Taktgeber gesteuert werden. ι ο

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht bei Verwendung von vier oder mehr in Kette geschalteten N- Pfad-Filtern die in Anspruch 2 beschriebene Maßnahme vor.

Soll außerdem eine Störspannungsunterdrückung erfolgen, so sieht eine andere Weiterbildung der Erfindung hierfür die im Anspruch 3 beschriebene Maßnahme vor.

Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt.

Es zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 ein Schaltbild der bereits eingangs erläuterten bekannten N- Pfad-Filterstufe mit JV = 3 in kapazitiven Querzweigen angeordneten Schaltern,

F i g. 2, a bis c, Diagramme der Einschaltzeiten der drei Schalter des in Fig. 1 bzw. des in Fig. 3 dargestellten N-Pfad-Filters und Fig. 2d ein Diagramm der Sperrzeiten des Schalters einer in F i g. 3 enthaltenen Sperreinrichtung,

F i g. 3 ein Schaltbild einer bereits vorgeschlagenen Anordnung mit zwei periodisch betätigten Schaltern (DT-OS 1923 893, Fig. 5),

F i g. 4 ein Schaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einem zweiten JV-Pfad-Filter (4Γ) als Sperreinrichtung, dessen Schalter phasenverschoben gegenüber denen des ersten N-Pfad-Filters (41) gesteuert werden, und

Fig. 5 ein Schaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einer Kettenschaltung aus drei untereinander phasenverschoben gesteuerten JV-Pfad-Filtern und einem nachgeschalteten Ausblendschalter.

Die für alle dargestellten Anordnungen im wesentlich gleich vorgesehene JV-Pfad-Filterstufe 1 (41, 51) hat drei in Querzweigen liegende Schalter la, Ib, Ic, zu denen je ein Kondensator 11, 12, 13 in Serie geschaltet ist, und einen in Serie vor den Abzweigungen liegenden Längswiderstand 14. Eine Steuereinheit 3 ist über Steuerleitungen mit einem Steuereingang eines jeden der Schalter la, Ib, Ic verbunden. An den Eingangsklemmen der Filterstufe 1 liegt eine Signalspannung U₁, und an den Filterausgangsklemmen tritt eine Filter-Ausgangsspannung u₂ auf.

Die Kondensatoren 11, 12, 13 bilden zusammen mit dem Längswiderstand 14 RC-Tiefpaßglieder, deren Durchlaßbereich in bekannter Weise mittels zyklischer Leitend-Steuerung der Schalter la, Ib, Ic in den Durchlaßbereich eines Bandpasses hochtransformiert wird, dessen Mittenfrequenz die Zyklusfrequenz ist.

Das entsprechende Steuerprogramm zeigt Fig. 2, a bis c. In F i g. 2 ist L = leitend und 0 = sperrend. An den Soll-Umschaltzeiten t_sl, t_s2, t_s3 treten im durchgezogen gezeichneten Steuerprogramm und auch in den übergängen zwischen diesem und dem gestrichelt gezeichneten Programm Schaltlücken (Pausenzeiten) tp auf mit der oben beschriebenen Folge der Sperrdämpfungsverschlechterung.

Letztere wird bei der in F i g. 3 dargestellten, bereits vorgeschlagenen Anordnung durch eine der Filterstufe 31 nachgeschaltete Sperreinrichtung 32 verhindert, welche mindestens zu den in F i g. 2d dargestellten Zeiten einen sperrenden Längsschalter 35 bzw., äquivalent dazu, einen leitenden Querzweig hat. Außerdem ist ein weiterer, mit den drei Querzweigen in Reihe geschalteter periodisch betätigter Querschalter 35' vorgesehen, der gleiche Einschaltzeiten der drei in den Querzweigen angeordnete Schalter erzwingt, wodurch sich speziell eine Spiegelfrequenzreduktion ergibt.

Die Sperreinrichtung 32 sperrt den gesamten Signalfluß zu den in F i g. 2d als Hocker dargestellten Zeiten (ein Querschalter mittels Leiten, der Längsschalter 32 mittels Sperren) und gibt ihn in den dazwischenliegenden Zeitabschnitten, in denen genau einer der JV-Pfad-Filter-Schalter la, Ib, Ic leitet, frei. Damit besteht zu keinem Zeitpunkt mehr eine Direktverbindung vom Eingang des Filters zu den Ausgangsklemmen der Gesamtschaltung. Insbesondere werden die in der Umgebung der Soll-Schaltzeiten ί_Ά, t_S2 t_s3 auftretenden Störspitzen durch den Ausblendschalter 35 von den Ausgangsklemmen abgetrennt.

Beim ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel (F i g. 4) ist der JV-Pfad-Filter-Stufe 41 eine Entkopplungsstufe 40 nachgeschaltet, welcher als Sperreinrichtung ein in Kette geschaltetes, die gleiche Frequenzcharakteristik wie Filter 41 aufweisendes zweites N-Pfad-Filter 41' folgt, dessen Schalter über Steuerleitungen mit einer Steuereinheit 43 verbunden sind und von dieser um ^₁ -φ₀ = 2 n/2 N = π/3 phasenverschoben gegenüber Schaltern der N-Pfad-Filter-Stufe 41 gesteuert werden. Damit ist sichergestellt, daß sich keine Schaltlücken beider N-Pfad-Filter-Stufen überschneiden, so daß auch zu keinem Zeitpunkt ein unbehinderter Signalweg vom Eingang zum Ausgang der Kette besteht. Andererseits ist nun auch zu keinem Zeitpunkt der Signalfluß für alle Frequenzen unterbrochen, da das N-Pfad-Filter 41' die Frequenzen seines Durchlaßbereiches immer passieren läßt, so daß die Durchlaßdämpfung im wesentlichen unverändert bleibt gegenüber der des N-Pfad-Filters 41, womit indessen auch die Störspitzen nicht beeinflußt werden.

Beim zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind über zwischengeschaltete Entkopplungsstufen 50,50' mehrere N-Pfad-Filterstufen 51,51', 51" in Ketten geschaltet, die von einer Steuereinheit 53 um

2.-T

gegeneinander phasenverschoben gesteuert werden und denen ein einziger Ausblendschalter 52 nachgeschaltet ist, welcher den Signalfluß während jeder Schaltlücke jedes der N-Pfad-Filter der Kette sperrt. Eine solche gleichzeitige Verwendung mehrerer erfindungsgemäßer Sperreinrichtungen und eines Ausblendschalters 52 trägt zu einer weitgehenden Verbesserung der Sperrdämpfung bei und blendet zusätzlich Störungen des letzten Filters aus.

Voraussetzung hierfür ist, daß die Entkopplungsstufen 50, 50' sowie eventuell zusätzlich eingefügte, nicht näher dargestelte Verstärkerstufen breitbandig ausgelegt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. N-Pfad-Filter mit N zyklisch während höchstens dem N-ten Teil einer Periode einer Steuerfrequenz nicht überlappend leitenden, in Querzweigen angeordneten Schaltern, dessen Ausgang eine den Signalfluß während des Umschaltern {in den Schaltlücken zwischen den Anschaltzeiten der Schalter des N-Pfad-Filters) hemmende Sperreinrichtung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung ein nachgeschaltetes zweites N-Pfad-Filter (41') ist, dessen Schalter derart phasenverschoben gegenüber denen des ersten N-Pfad-Filters (41) gesteuert werden, daß die Schaltlücken beider Filter sich nicht überschneiden.

2. N-Pfad-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kettenschaltungen unter sich konphas gesteuerter N-Pfad-Filter einander nachgeschaltet sind, wobei die Ketten phasenverschoben zueinander gesteuert werden.

3. N-Pfad-Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem letzten N-Pfad-Filter (Sl") der einander einzeln oder in Ketten nachgeschalteten, phasenverschoben angesteuerten N-Pfad-Filter ein einziger, an sich bekannter Ausblendschalter (52) nachgeschaltet ist, der den Signalfluß während des Umschaltens jedes Schalters aller N-Pfad-Filter hemmt.