Вместо механического кольцевого коммутатора может быть использован 8-канальный КМОП-мультиплексор (фиг. 7.11). Этот мультиплексор обеспечивает постоянство сопротивления замкнутого ключа в широком диапазоне аналоговых сигналов, благодаря чему минимизируется разбаланс между секциями RC. Это в свою очередь сводит к минимуму сигнал третьей гармо-

Фиг. 7.11. Цифровой фильтр с последовательной коммутацией.

пики, возникающий вследствие этого разбаланса. Кроме того, постоянство сопротивления замкнутого ключа для всех каналов уменьшает «шум нулевого сигнала» и в большинстве случаев позволяет исключить громоздкие потенциометры балансировки линии. «Шум нулевого сигнала» измеряется на выходе при подаче на вход нулевого напряжения. Этот параметр характеризует максимальное ослабление сигнала на частотах, лежащих вне полосы пропускания фильтра. Максимальное ослабление обычно выражается в децибелах и вычисляется по формуле

Максимальное ослабление = 20 Ig-y, (7.17)

где Vex - напряжение входного сигнала, а Fo -напряжение нулевого сигнала. Максимальное ослабление определяется по напряжению нулевого сигнала, когда фильтр низкой частоты имеет спад логарифмической характеристики больше чем 6 дБ на октаву. Напряжение нулевого сигнала, если оно достаточно велико, в значительной степени определяет полосу пропускания фильтра, его добротность Q и форму амплитудно-частотной характеристики. Для того чтобы определить, как влияют на

Фиг. 7.12. Цифровой фильтр с параллельной коммутацией.

амплитудно-частотную характеристику другие параметры, рассмотрим различные варианты схемы, обеспечивающие увеличение добротности при заданной резонансной частоте fo-

1. Увеличение числа секций RC{N). Поддержание заданной частоты fo требует увеличения тактовой частоты /т в соответствии с соотношением

f, = Afo. (7.18)

При увеличении N уменьшается интервал отсчета для каждой секции, благодаря чему для частот, лежащих вне полосы пропускания, сокращается время, в течение которого может происходить изменение напряжения на конденсаторе. Максимальная величина ограничена предельной частотой переключения мультиплексора.

2. Уменьшение рабочего времени такта. Рабочее время может быть легко уменьшено, если управлять мультиплексором от ждущего мультивибратора, синхронизируемого тактовой частотой. Эффект применения подобной схемы эквивалентен увеличению Л, но не зависит от числа секций. Однако, как только отношение времени пребывания ключа в открытом состоянии к времени обращения снизится практически до значений, лежащих ниже 60, напряжение нулевого сигнала приведет к существенному изменению спада характеристик фильтра с соответствующим ухудшением Q и максимально достижимого

ослабления. Таким образом, существует взаимосвязь между максимальным значением Q и напряжением нулевого сигнала.

3. Увеличение постоянной времени RC-фильтра. Если количество секций и тактовая частота фиксированы, то сужение полосы пропускания, обеспечивающее повышение Q, может быть достигнуто за счет увеличения постоянной времени RC. Максимальная величина RC ограничена током утечки мультиплексора и перекрестными помехами.

Другой тип цифрового фильтра, сходный по эффективности с рассмотренной конфигурацией последовательного коммутатора, представляет собой фильтр с параллельной коммутацией. На фиг. 7.12 показана практическая реализация цифрового фильтра данного типа с использованием 16-канального мультиплексора, который последовательно заземляет ряд конденсаторов. Это устройство позволяет использовать до 16 /?С-секций, благодаря чему обеспечивается очень высокое значение Q и практически отсутствует явление разбаланса.

7.4. ВЫВОДЫ

В данной главе обсуждались принципы работы и основные параметры аналоговых мультиплексоров. Было показано, как Зти параметры связаны с работой практических мультиплексных систем. В качестве примеров применения мультиплексоров были рассмотрены система передачи данных, фильтр с последовательной коммутацией и фильтр с параллельной коммутацией.

ЛИТЕРАТУРА

1. Eimbinder J., Semiconductor Memories, Wiley, New York, 1971.

2. Graeme J. G., Tobey G. E., Huelsman L. P., Operational Amplifiers: Design and Applications, McGraw-Hill, New York, 1971; русский перевод: Проектирование и применение операционных усилителей. Под ред. Дж. Грэма, Дж. Тоби и Л. Хьюлсмана, М., «Мир», 1974.

3. Graeme J. G., Applications of Operational Amplifiers: Third Generation Techniques, McGraw-Hill, New York, 1973.

4. Grebene A. В., Analog Integrated Circuit Design, Van Nostrand-Reinhold, New York, 1972.

5. Kuo B. C, Automatic Control Systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. j., 1972.

6. Kuo B. C. Analysis and Synthesis of Sampled-Data Control Systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1963.