Введение к работе
Актуальность темы.Комплексная микроминиатюризация, осуществляемая на базе достижений микроэлектроники, позволяет существенно повысить надежность, снизить стоимость, уменьшить кассу и габариты радиоэлектронной и связной аппаратуры. Особое место занимает проблема микроминиатюризации устройств частотной селекики, которая может быть успешно решена иопольэоааннем фильтров, ориентированных на микроэлектронное исполнение: цифровых, на переключаемых конденсаторах (SC- ) и активных RC { ARC ). Несмотря на широко проводимые исследования, совершенствование технологической базы и уже достигнутые результаты цифровые и SC -фильтры, обладая неограниченными потенциальными возможностями, не могут на сегодняшний день составить конкуренцию ARC -фільтрам по целому ряду характеристик, в том числе по. таким как диапазон рабочих частот и уровень собственных шумов. Это обстоятельство определяет актуальность дальнейших исследований в области создания и совершенствования ARC -фильтров.
Существующие методы реализации A RC -фильтров могут быть отнесены к одной из двух групп, а именно методам каскадной либо некаскадной реализации. Главными преимуществами каскадных фильтров являются простота расчета и настройки, возможность унификации звеньев. Однако чувствительность, а значит и нестабильность таких фильтров довольно значительны по сравнению с пассивными пенями.
Известно, что двусторонне нагруженная идеальная LC -цепь обладает нулевой чувствительностью передаточной функции к разбросу величин элементов на частотах передачи максимума косности. Это свойство лекит в основе реализации низкочувствительных ARC -фильтров некаскадными методами, к которым относятся операционная и элементная имитания JvCR -прототипов. Применение метода операционной имитации обеспечивает простоту настройки и электронной перестройки фильтров, однако при таком способе реализации уровень собственных шумов цепи выше, чем в аналогичных фильтрах, спроектированных методом элементной имитации.
При использовании метода элементной имитации ARC -фильтр реализуется заменой ялсментов в прототипе их активными аналогами на основе конверторов импеданса. Схема конвертора содержит лишь RC - и активные элементы. Ваяно отметить, что при использовании в качестве прототипа L С R -цепи второго порядка метод элементной имитации позволяет синтезировать звенья для реализации кзекадно-развязанных
ARC -фильтров. Таким образом, методом элементарной имитации на основе единого схемотехнического блока - конвертора ножно проектировать как каскадные, так и некаскадные структуры. При атом основные свойства таких фильтров, включая устойчивость, диапазон рабочих частот,собственные шумы, во многом определяются свойствами конвертора импеданса. Однако, известные схемы конверторов получены эвристически, а формализованные методы синтеза конверторной схемотехники отсутствуют. Поэтому нельзя считать существующие схемы ОКИ единственно возможными, а характеристики реализуемых на их основе ARE -фильтров наилучшими. Следовательно, актуальна задача разработки метода синтеза ОКИ, доказательства полноты класса конверторных схем на заданном множестве элементов, сопоставительного анализа основных свойств различных типов 01{И и выявления схем с наилучшими характеристиками. При реализации ARC -фильтров на основе конверторов, имитирующих частотно-зависимые отрицательные сопротивления, не рассматривались вопросы устойчивости таких иепей. Сднако разработка фильтров с рабочими частотами в сотни кГц требует анализа устойчивости как собственно к інвертора, так и /шльтр'а на его основе. Мало исследованы шумовые свойства фильтров на конверторах, отсутствуют методики расчета шумовых характеристик. Особо следует отметить, что в упомянутом частотном диапазоне на характеристики ARC -фильтра существенное влияние оказывают неидеальности активных элементов. Зто делает необходимым изучение свойств конверторов с учетом неидеальностей (в особенности, частотных ограничений)0У.
Цель и задачи рас'оты. Целью диссертационной работы является решение задачи синтеза обобщенных конверторов импеданса и реализация на их основе активных ft С -фильтров с расширенным частотным диапазоном и малым уровнем шумов. . .
Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи: классификация существующих схем преобразователей импеданса по функциональной зависимости входного сопротивления иепи от нагрузочного ;
формулировка и доказательство условий реализуемости обобщенных конверторов импеданса;
разработка метода синтеза конверторной схемотехники;
.;: : анализ устойчивости схем конверторов в собственных режимах и
, при подключении конечных нагрузок;
^ф^.'1«йлнз,влияния частотных ограничения ОУ на характеристики кон- .
І.Фер/гбь^й...к*,--'^йльтрое'на .их основе; '.: '.'"'
^a-i-'v-!-;.--1'^'^';'!,:';-': ;;. '
разработка кетоцов компенсации частотній ограничений ОУ в fiRC. -фильтрах на конверторах;
исследование шумовых характеристик конверторов и фильтров на их основе;
экспериментальное исследование ARC -Фильтров, реализуемых в соответствии с разработанными методиками и сопоставление полученных при этом результатов с теоретическими данными.
Научная ночизна полученных результатов состоит в следующем.
-
Доказано, что стабильности односторонне и двусторонне нагруженных цепей могут быть одинаковы, если односторонне нагруженная пепь рассчитывается с учетом полученных в работе условий, для ее входного (выходного) сопротивления.
-
Сформулированы условия реализуемости конвертора и разработан метод синтеза конверторной схемотехники.
-
Решена задача синтеза и обоснована полнота класса каноничес- " ких схем конверторов импеданса.
-
Сформулирован и доказан критерий устойчивости ARC -Фильтров на суперечностях, являющийся развитием иммитансного критерия устойчивости активных непей.
-
Проведен сопоставительный анализ шумовых свойств различных реализаций индуктивностей и суперемкостей на основе конверторов с учетом частотных ограничений ОУ.
Практическая ценность работы заключается в следующем.
-
Разработана методика анализа и расчета МІЇС- -фильтров на конверторах с учетом частотных ограничений ОУ.
-
Разработана методика анализа шумовых характеристик в r)RC -фильтрах произвольного порядка на конвекторах методом континуангов.
-
Предложены схемотехнические решения звеньев кп основе ОКИ для каскадной реализации /Н\С -фильтров, объединенные по ігушшио-нялыю-рсалиэапиошшм свойствам в удобные для практического использования каталоги (авторское свидетельство # 1385260).
-
Разработана схема компенсации частотних ограничений ОУ в полосовом арене на основе ОКИ (положительное решение по заявке на изобретение № 4791575 от 16.02.91г.).
Реализация в народно» хозяйстве. Результаты работы использованы конструкторских и научно-исследовательских работах ряда промышленных организаций, о чем свидетельствуют еоотаетотвувдие глеты.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались: на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Интегральные избирательные устройства" (Москва,1988), на Всесоюзном научно--техническом семинаре "Интегральная схемотехника и избирательные устройства"' (Москва,1989, два доклада), на Всесоюзной конференции "Опыт разработки и внедрения цифровых и аналоговых фильтров и корректоров в системах связи" (Севастополь,1990г.).
Дубликаиии. По теме диссертации опубликовано 6 статей, I статья принята к опубликовании, получено авторское свидетельство и положительное решение по заявке на изобретение.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст диссертации содержит 139 машинописных страниц, 30 страниц рисунков и 4? таблиц. Список литературы_содеркит_14б.наименований. ~~ Вклад автора в разработку проблемы. Основные научные положения, выводы и рекомендации получены автором самостоятельно.
