摘要: 低通滤波器改善了阶跃响应
将优化电路添加到低通滤波器允许滤波器动态调整其截止频率,在相对较低的截止频率下保持步进响应时间。
在设计用于信号调理的低通滤波器时,一个常见的问题是它们对系统时域响应的影响。由于将截止频率推低会减慢阶跃响应,系统可能无法识别时间上的重大变化。
图1电路允许在不牺牲阶跃响应时间的情况下降低截止频率。窗口比较器监视过滤器输入和输出之间的增量(差异)。当增量超过±50mV时,滤波器通过将截止频率提高一个数量级来增加其转换速率。
图1所示 这种低通滤波器通过动态调整其截止频率来保持快速阶跃响应。
开关电容滤波器(U1)通常作为自时钟器件工作。电容C1和C2将截止频率设为0.1Hz,其它电路构成动态窗口比较器。晶体管对Q1-Q2和Q3-Q4形成互补电流镜,其输出流过R2和R3,产生±50mV的增量。将输出电压连接到两个电阻的中心抽头,使输出电压的增量集中。因此,您将窗口比较器的上阈值设置为V(OUT) + 50mV,下阈值设置为V(OUT) - 50mV。
原始输入信号由R4和C3进行低通滤波,产生截止频率(312Hz),降低对瞬时故障的灵敏度。过滤后的输入驱动窗口比较器输入。如果该输入在±50mV窗口之外,比较器U2A或U2B将断言其输出低电平。低输出驱动Q5进入截止,导致其集电极承担高阻抗。由于Q5集电极不再接地电容器C2,滤波器的截止频率增加了十倍。当系统输出变为系统输入的50mV以内时,截止频率节流回其静态状态。
这种效果可以在示波器照片中看到(图2)。顶部走线是从1.5V到2.5V的步进,中间走线是启用了优化电路的输出,底部走线显示了滤波器未修改的响应。优化后的响应包括在截止频率转换期间的轻微扰动,但比未修改的电路快5倍。
图2 图1电路的时域响应,有优化电路(中间走线)和没有优化电路(底部走线)。
如图所示的电路配置为非常低的截止频率,但可以通过改变C1和C2重新缩放到更高的频率,其中振荡频率fOSC (kHz)为30 × 103/COSC (pF),截止频率为fOSC/100。R2和R3可以修改为不同的窗口值,其中delta等于电阻乘以115µA。比较器必须是开漏式的。
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