ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫХ ФИЛЬТРОВ НА ПЕРЕКЛЮЧАЕМЫХ КОНДЕНСАТОРАХ В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

Леонтий К. Самойлов, Дарья Ю. Денисенко, Дмитрий В. Клейменкин, Николай Н. Прокопенко

Аннотация


Рассматриваются задачи проектирования ограничителей спектра, включаемых на входе и выходе дискретно-аналоговых фильтров (ДАФ) на переключаемых конденсаторах, применяемых в современных системах контроля и управления (СКУ). Постановка таких фильтров связана с необходимостью уменьшения погрешности наложения спектров при дискретизации сигналов на входе ДАФ и уменьшения помех на входе исполнительных устройств. В рассматриваемых СКУ проблема наложения спектров возникает также на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в структуре СКУ. Её решение должно быть учтено при проектировании входных фильтров АЦП на основе ДАФ. Исследованы входные аналоговые антиэйлайзинговые фильтры (ААЭФ), которые могут быть использованы в СКУ. Описаны алгоритмы и методы ввода информации в модуль ввода данных СКУ от ДАФ типа «фильтр нижних частот» и «полосовой фильтр». Рассмотрены погрешности вывода управляющей информации в системах контроля и управления, оказывающие существенное влияние на их надежность. Показано, что ДАФ на переключаемых конденсаторах (в общем случае их применения как на входе, так и на выходе СКУ) требуют использования ААЭФ на входе ДАФ и фильтра нижних частот на его выходе. При больших отношениях частоты дискретизации ДАФ к граничной частоте огибающей спектральной плотности входного сигнала порядок аналогового антиэйлайзингового фильтра не превышает единицы. С ростом порядка ДАФ увеличивается и порядок ААЭФ. В статье обращается внимание на тот факт, что ААЭФ, в отличие от ДАФ, являются фильтрами с фиксированными параметрами, что предполагает ухудшение их характеристик при изменении настройки ДАФ. Постановка в СКУ аналогового антиэйлайзингового фильтра с управляемыми характеристиками частично снимает эту проблему, но связана с усложнением алгоритма настройки СКУ. Сделан вывод о том, что применение аналоговых фильтров уменьшает допустимый диапазон изменения параметров дискретно-аналогового фильтра и требует решения технологических проблем изготовления ААЭФ с большими номиналами входящих компонент, что влияет на технологические характеристики ДАФ.

Ключевые слова


системы контроля и управления, надежность систем контроля и управления, дискретно-аналоговый фильтр на переключаемых конденсаторах, погрешность наложения спектров, антиэйлайзинговый фильтр, ограничитель спектра.

Полный текст:

PDF

Литература


1. Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника. М.: Техносфера, 2004. – 376 с.
ISBN 5-94836-012-1

2. Park J. and. Mackay S. Practical data acquisition for instrumentation and measuring systems. Newnes An imprint of ElsevierLinacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP200 Wheeler Road, Burlington, MA 01803, 2003. – 408 p. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-5796-9.X5000-9.

3. Siddiqi M.A. Switched Capacitor Circuits. In: Continuous Time Active Analog Filters. Cambridge University Press; ISBN: 1108775543, 9781108775540, 2020, p. 424–452, DOI: https://doi.org/10.1017/9781108762632.015.

4. Solomon C.W. Switched-capacitor filters: precise, compact, inexpensive. IEEE Spectrum, v. 25, no. 6,
p. 28–32, June 1988. DOI: https://doi.org/10.1109/6.4561.

5. Serra H., Santos-Tavares R. and Goes J. Automatic design of high-order SC filter circuits. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Lisbon, Portugal. 2015, p. 1937–1940. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2015.7169052.

6. Ma Z., Nakayama K., and Yamamoto G.A method to minimize sensitivity in cascade SC filters. Electron. Comm. Jpn. Pt. III, 74 (1991), p. 86–96. DOI: https://doi.org/10.1002/ecjc.4430741209.

7. Bliss W.G., Smith S. and Loh K.-H. A switched-capacitor realization of discrete-time block filters. Proceedings of the 35th Midwest Symposium on Circuits and Systems, Washington, DC, USA. 1992, p. 429–432, v. 1. DOI: https://doi.org/10.1109/MWSCAS.1992.271371.

8. Самойлов Л.К., Денисенко Д.Ю., Прокопенко Н.Н. Динамические погрешности процесса ввода сигналов датчиков в аналого-цифровых системах управления и контроля. Радиотехника. 2019, № 3, с. 63–69. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-201903-10.

9. Brtník B. and Matoušek D.Active RC High Order Filters Suitable for Antialiasing and/or Reconstruction Filters. 2020 New Trends in Signal Processing (NTSP), Demanovska dolina, Slovakia. 2020, p. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/NTSP49686.2020.9229530.

10. Ruman K., Pietriková A., Vehec I. and Galajda P.Comparison of different materials for manufacturing of antialiasing LP filter. 2013 International Conference on Applied Electronics, Pilsen, Czech Republic. 2013, p. 1–4.

11. Akbar K. and Bregovic R. Antialiasing Filtering for Projection-Based Light Field Displays. 2023 International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis (ISPA), Rome, Italy. 2023, p. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/ISPA58351.2023.10279805.

12. Godek J., Golanski R. and Kolodziej J.Antialiasing filter for NSDM codec. 2008 International Conference on Signals and Electronic Systems, Krakow, Poland. 2008, p. 159–164. DOI: https://doi.org/10.1109/ICSES.2008.4673381.

13. Brtník B. and Matoušek D. Active RC High Order Filters Suitable for Antialiasing and/or Reconstruction Filters. 2020 New Trends in Signal Processing (NTSP), Demanovska dolina, Slovakia. 2020, p. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/NTSP49686.2020.9229530.

14. Machowski W., Jasielski J. and Kuta S. Low Voltage Low Frequency Continuous Time CMOS Antialiasing Filters. 2007 14th International Conference on Mixed Design of Integrated Circuits and Systems, Ciechocinek, Poland. 2007, p. 641–644. DOI: https://doi.org/10.1109/MIXDES.2007.4286241.

15. Samoylov L., Denisenko D. and Chumakov V. Assessment of Dynamic Errors of Input Circuits in Measuring Systems when Setting Line Interference Filters.2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), Sochi, Russian Federation. 2022, p. 453–458. DOI: https://doi.org/10.1109/RusAutoCon54946.2022.9896381.

16. Psychogiou D., Peroulis D., Loeches-Sánchez R.and Gómez-García R., Analog signal-interference narrow-band bandpass filters with hybrid transmission-line/SAW-resonator transversal filtering sections. IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Lisbon, Portugal. 2015, p. 281–284. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2015.7168625.

17. Zhang R., Shao C.-H. and. Peroulis D. A New Adaptive Reconfigurable Bandpass Filter with Flexible Resonance Control. 48th European Microwave Conference (EuMC), Madrid, Spain. 2018, p. 539–542. DOI: https://doi.org/10.23919/EuMC.2018.8541768.

18. Smadi L., Sharif H. and Faouri Y. S.Dual-Band Tunable Microwave Bandpass Filter Using Stepped Impedance Technique. IEEE Jordan International Joint Conference on Electrical Engineering and Information Technology (JEEIT), Amman, Jordan. 2019, p. 827–830. DOI: https://doi.org/10.1109/JEEIT.2019.8717397.




DOI: http://dx.doi.org/10.26583/bit.2025.4.12

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.