вая таким образом регулировку волосы синхронизации генератора. В рассматриваемой схеме путем изменения внешнего смещения полосу синхронизации можно регулировать Б пределах от ±1 до ±25% собственной частоты генератора.

Фильтр нижних частот можно построить в виде последовательной комбинации резистора и конденсатора, и присоединив ее к выходным зажимам 13 и 14 фазосравнивающего устройства. Таким путем реализуется фильтр в виде корректирующего звена, который имеет передаточную функцию F{s), определяемую уравнением (9-58).

На рис. 9-29 показан общий вид монолитной пластинки, имеющей размеры 1,7x1,83 мм, со схемой ФАП, показанной на рис. 9-27. Для улучшения высокочастотных характеристик схемы монолитная пластинка изготовлена с использованием метода диэлектрической, а не диодной изоляции.

Характеристики схемы

Монолитная схема ФАП, приведенная на рис. 9-27, предназначена для работы с одним источником питания, имеющим напряжение от 15 до 24 В. Схема и.меет номинальную рассеиваемую мощность 160 мВт при £к=18 В и работает в диапазоне температур от-55 до-Ы25°С, т. е. удовлетворяет требованиям, предъявляемым к аппаратуре воен-шого назначения. Динамический диапазон входного сигнала для схе-

? го

Рис. 9-30. Осциллограмма передаточных характеристик монолитной системы ФАП.

-т ~т о ш кГц

Рис. 9-31. Характеристика ослабления помех монолитной системы ФАП, работающей Б качестве ЧМ демодулятора.

МЫ составляет 80 дБ (от 250 мкВ до 2 В). На рис. 9-30 дана осциллограмма характеристики преобразования монолитной схемы ФАП в координатах частота - напряжение при центральной частоте, равной /о=10 МГц. Одно деление по оси ординат соответствует 0,5 В, а по оси абсцисс - 500 кГц. Внутренние и внешние граничные частоты на осциллограмме соответствуют полосе захвата и полосе синхронизации системы (т. е. суперпозиции переходных характеристик, схематически показанных на рис. 9-19). На рис. 9-31 показана типовая характеристика ослабления помех монолитной схемы ФАП, работающей в качестве ЧМ демодулятора при центральной частоте /о=10,7 /Д.Гц и полосе пропускания фильтра нижних частот, равной 75 кГц. По оси абсцисс отложена разность между центральной частотой fo и частотой помехи fn- .

9-15. СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ФАП И АКТИВНЫХ ?С-ФИЛЬТРОВ

В настоящем параграфе рассматриваются основные свойства и характеристики схем с линейной об-

ратной связью (активных RC-фяль-тров) и схем фазовой автоподстройки. По-видимому, имеет смысл сравнить достоинства и недостатки двух методов с точки зрения их пригодности монолитной интегральной технологии. Из предыдущего материала с очевидностью вытекают следующие основные достоинства фильтров, построенных на базе контура ФАП:

1. Возможность работы на высоких частотах. Монолитные схемы ФАП могут работать на частотах более 50 МГц, в то время как диапазон большинства схем активных ?С-фильтров с интегральными элементами ограничен частотами ниже 100 кГц.

2. Независимая регулировка избирательности и центральной частоты. Центральная частота схемы ФАП определяется частотой собственных колебаний управляемого генератора, а избирательность-• фильтром нижних частот. Это позволяет устранить проблему подстройки, возникающую при последовательном соединении нескольких каскадов фильтров.

3. Небольшое число внешних элементов. По сравнению с монолитными активными фильтрами в интегральных схемах ФАП в общем случае требуется меньшее количество внешних элементов, способных запасать энергию, и элементов, которые необходимо изготовлять с высокой степенью точности. Например, для получения избирательности, сравнимой по величине с той, которая обеспечивается монолитной схемой ФАП (рис. 9-31), в активном iC-фильтре требуется иметь по крайней мере восемь коя-денсатороБ и столько же прецизионных резисторов, абсолютное значение сопротивления которых должно быть выдержано с точностью не менее 0,5%.

4. Простота настройки. Схему ФАП можно настроить на любую заданную частоту путем выбора частоты собственных колебаний уп-

равляемого генератора. Эта частота определяется, как правило, одним единственным внешним элементом, а ее можно регулировать непрерывно в диапазоне от долей герца до частот, превышающих 50 МГц.

Однако имеется одно существенное обстоятельство, которое необходимо иметь в виду, а именно: активные iC-фильтры, по крайней мере теоретически, могут непосредственно заменить обычные перестраиваемые LC-фильтры. Система ФАП является в какой-то степени фильтром специального типа и не может непосредственно заменить обычные LC-фильтры во всех возможных случаях. По сравнению с обычными LC-фильтрами и активными iC-фильтрами система ФАП имеет следующие основные недостатки:

1. Отсутствие информации об амплитуде сигнала. Контур ФАП реагирует только на частоту входного сигнала и не реагирует на его амплитуду до тех пор, пока амплитуда на входе системы достаточно велика для поддержания режима синхронизации. Таким образом, система ФАП выделяет на выходе информацию только о частоте входного сигнала и не позволяет получить информацию о его амплитуде.

2. Реакция на гармоники. Система ФАП имеет возможность реагировать на гармоники и субгармоники входного сигнала благодаря эффекту синхронизации по гармоникам, который был рассмотрен ранее. Это свойство ФАП является полезным и используется для умножения и деления частоты. Однако это же свойство ухудшает характеристики системы ФАП по ослаблению помех, частоты которых кратны частоте полезного сигнала.

3. Трудность применения автоматической регулировки усиления. Так как система ФАП реагирует только на частоту входного сигнала и не реагирует на его амплитуду, в схемах ФАП трудно применить

схему автоматической регулировки усиления (АРУ). Обычные схемы АРУ не пригодны в системах ФАП. Однако возможность применения системы ФАП в качестве когерентного детектора для демодуляции AM. сигнала позволяет использовать специальные типы схем АРУ.

4. Отсутствие методов синтеза. Так как система ФАП в режиме захвата является нелинейной, пока еще не разработаны приемлемые методы синтеза систем ФАП с заранее заданными характеристиками ослабления помех.

9-16. ДРУГИЕ СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ ФИЛЬТРОВ, НЕ СОДЕРЖАЩИХ ИНДУКТИВНОСТЕЙ

Синтез фильтров, не содержащих индуктивностей, представляет очень широкую тему, которая выходит далеко за пределы области интегральных схем. В настоящей главе преследовалась цель исследовать методы проектирования аналоговых схем и методы обработки сигналов, которые пригодны для реализации в интегральной форме. Для сокращения объема анализ ограничен только двумя классами безындуктивных фильтров: схемами активных 7?С-фильтров и схемами ФАП. Причина этого заключается в том, что эти классы схем являются наиболее пригодными для интегральной технологии, в особенности для монолитной интегральной технологии, уже в ближайшее время. Однако и некоторые другие виды безындуктивных фильтров также в какой-то степени пригодны для интегральной технологии, и поэтому имеет смысл их кратко упомянуть здесь.

Особым классом фильтров, которые не содержат индуктивностей и могут использоваться в гибрид-, ных интегральных схемах, являются кристаллические и керамические резонаторы и фильтры поверхностной волны. Последние особенно полезны для применения в диапазоне сверхвысоких частот.

Еще одним классом частотно-избирательных фильтров, которые также имеют потенциальную возможность применения в интегральных схемах, являются п-канальные фильтры. Такие фильтры имеют в своем составе несколько каналов, переключаемых через дискретные интервалы времени [15]. Фильтры такого типа являются фактически преобразователями частоты, в ко-.торых передаточная функция фильтра нижних частот может быть преобразована в характеристику полосового фильтра с центральной частотой, определяемой частотой переключения, и избирательностью, определяемой количеством параллельных каналов в системе. Фильтр, содержащий п-каналов, можно свести к непрерывному, если переключатель каналов в системе заменить аналоговым умножителем или модулятором.

Последним, не .менее важным классом фильтров, не содержащих индуктивностей, которые остались не paiCCMOTpeHHbiMH в настоящей глзве, являются цифровые фильтры [16]. С помощью таких фильтров производится обработка сигналов во временной, а не в частотной области. Необходимая избирательность при этом обеспечивается выполнением в определенной последовательности математических операций сложения (или вычитания),, умножения и временной задержки.

Цифровой фильтр по существу работает как цифровое .вычи1сл.итель-ное устройство и может применяться для обработки сигналов с нескольких входных каналов или сигналов, разделенных во времени, подаваемых на один вход. Цифровые фильтры как .полностью законченная система не могут быть построены на базе аналоговых интегральных схем. Но их экономически выгодно строить на основе дешевых цифровых интегральных схем и оообенно .используя технологию больших интегральных схем.