Описанный ниже фильтр удобно использовать для обнаружения сигнала на фоне посторонних с близкой частотой, особенно когда задача усложняется тем, что частота интересующего сигнала отклоняется на несколько процентов. Такое может случаться, например, в телекоммуникационных системах, когда пилотный сигнал принимается от источников, разбросанных по всему земному шару.

Пусть сигнал имеет частоту 10 кГц. Из-за изменений в осцилляторах, температурных условий и старения элементов отклонение частоты может составить ±200 Гц. Усложним ситуацию – пусть имеется посторонний сигнал с частотой 11 кГц. Для его удаления требуется фильтр с очень крутой характеристикой на частоте отсечки. Учитывая отклонение основной частоты, его минимальная полоса пропускания составляет от 9,8 кГц до 10,2 кГц. Можно прийти к заключению, что единственное решение – использовать цифровой фильтр на основе DSP. Однако есть и другой способ, на основе фильтра на коммутируемых конденсаторах.

Полосовой фильтр на коммутируемых конденсаторах, например LTC1068 (Linear Technology), может иметь очень резкий спад на частотах 9-11 кГц. На рисунке 1 метки указывают на ослабление сигнала на 2,9 дБ на частоте 10,1 кГц и на 46,7 дБ на 10,6 кГц. Полоса пропускания очень узкая, около ±100 Гц 3 дБ.

Рис. 1. АЧХ фильтра Бесселя восьмого порядка на коммутируемых конденсаторах

Основная частота фильтра в 50 раз больше, чем тактовая и, согласно документации, отклоняется на 0,9% от расчетного значения. Таким образом, при прохождении участка 9,7 – 10,3 кГц будут покрыты худшие условия (т.е. 90 Гц – погрешность фильтра и 200 Гц – максимально возможное отклонение сигнала). Посторонний сигнал 11 кГц ослабляется на 50 дБ. Однако надо учесть, что задержка обнаружения составляет несколько миллисекунд (см. рис. 1). 

Улучшенная схема приведена на рисунке 2. Добавлен генератор треугольного сигнала, генерирующий сигнал V_filter_center ±5%. Это напряжение прикладывается ко входу преобразователя напряжения в частоту, который преобразует частоту фильтра в напряжение и обратно. АЧХ на частоте отсечки практически вертикальна.

Рис. 2. Схема фильтра с генератором напряжения треугольной формы                                                                                                                                                                                                    

На рисунке 3 показан один из возможных вариантов генератора треугольных импульсов. Выходной сигнал 2,5±0,125 В. Напряжение соответствует коэффициенту трансформации до желаемой частоты (для LTC1068-50 напряжению 2,5 В соответствует 500 кГц). В этом случае фильтр пропустит все сигналы в диапазоне 10 ± 0,5 кГц, и они поступят на вход преобразователя среднеквадратичного напряжения в постоянное. Сигналы, выходящие за этот диапазон, будут значительно подавлены. В рассматриваемой схеме запас погрешности определяется точностью резисторов и источника питания.

 

Рис. 3. Вариант генератора треугольных импульсов