Elektrické filtry (EFI)


Katedra teorie obvodů, letní semestr školního roku 2008/2009

Náměty zadání semestrálních prací
číslo obsah
Z1 DP - antialiasingový filtr pro systém s PCM
Z2 DP pro předzpracováni akustických signálů
Z3 Mezifrekvenční PP 10,7 MHz
Z4 PP 77.5 kHz pro přijímač časových signálů
Z5 Vstupní PP pro přijímač FM
Z6 PP pro energetiku I
Z7 PP pro energetiku II
Z8 PP pro výběr 1. harmonické z obdélníkového signálu
Z9 Videofiltr pro SDTV
Z10 Videofiltr pro HDTV
Z11 Videofiltr pro DTV
Z12 Videofiltr pro SDTV
Z13 Videofiltr pro SDTV
Z14 DP pro omezeni šumu videosignálu
Z15 DP pro předzpracování videosignálu
Z16 DP pro předzpracování videosignálu
Z17 Rekonstrukční filtr DP pro DDS
Z18 Filtr pro měřicí obvod
Z19 DP pro omezení šumu nf. signálu
Z20 Kanálový filtr pro kvadraturní demodulátor GSM
Z21 Kanálový filtr pro kvadraturní demodulátor WiFi
Z22 Mezifrekvenční PP pro datový systém
Z23 Vstupní PP pro GSM systém
Z24 Filtr pro kolejové obvody
EFI 2008/2009
Náměty zadání semestrálních prací
Z1 - DP - antialiasingový filtr pro systém s PCM.
Propustné pásmo: 0 - 3400Hz / 0,20 dB
Nepropustné pásmo: 4000Hz -> ∞ / útlum v nepropustném pásmu stanovte z podmínky pro 8-bitový převod analogového signálu na číslicový.
Doporučení:
Realizujte jako ARC filtr kaskádní syntézou a simulaci LC prototypu. Obě varianty porovnejte. Uvažujte reálné vlastnosti OZ.

------------Zpět na přehled

Z2 - DP pro předzpracováni akustických signálů
DP má sloužit jako antialiasingový filtr pro předzpracováni kvalitního akustického signálu v kmitočtovém pásmu 40Hz - 16kHz před digitalizaci vzorkovacím kmitočtem 42 kHz.
Útlumové požadavky:
Propustné pásmo: amax < 0.18 dB,
nepropustné pásmo: amin volte tak, aby vyhověl požadavku na 12-bitovou digitalizaci.
Doporučení:
Realizujte jako ARC filtr. Optimalizujte návrh pro minimalizaci vlivu reálných parametrů aktivních prvků a pro dosažení co nejlepší dynamiky.

------------Zpět na přehled

Z3 - Mezifrekvenční PP 10,7 MHz
Střední kmitočet f0 = 10,7 MHz
Propustné pásmo: f0 = ± 125 kHz / 1 dB.
Nepropustné pásmo: f0 = ± 300 kHz / 40 dB.
Doporučení:
Navrhněte jako pasivní LC filtr, proveďte optimalizaci na ztráty a na rozptyl hodnot součástek.

------------Zpět na přehled

Z4 - PP 77.5 kHz pro přijímač časových signálů
Navrhněte PP pro přijímač referenčního a časového signálu z vysílače DCF 77,5 kHz.
Propustné pásmo: f0 = ± 1,2 kHz.
Požadavky na nepropustné pásmo volte jako kompromis mezi potlačením rušivých signálů a složitostí filtru. Zhodnoťte možnosti realizace filtru se zúženým propustným pásmem (až do ± 100Hz).
Doporučení:

Navrhněte jako aktivní filtr nekaskádní syntézou pomoci SFB. Optimalizujte SFB pro minimalizaci vlivu tranzitního kmitočtu OZ.

------------Zpět na přehled

Z5 - Vstupní PP pro přijímač FM
Propustné pásmo: 87,5 - 108 MHz /3 dB.
Nepropustné pásmo: 0 - 74 MHz, 120 MHz a více / 40 dB.
Doporučení:
Navrhněte jako pasivní LC filtr, proveďte optimalizaci na ztráty a na rozptyl hodnot součástek. Zvolte strukturu filtru tak, aby byl minimalizován vliv parazitních kapacit.

------------Zpět na přehled

Z6 - PP pro energetiku I.
Střední kmitočet f0 = 168 Hz,
propustné pásmo: f0 = ± 2,5 Hz / 0.5 dB,
nepropustné pásmo: f0 = ± 14 Hz / 36 dB.
Doporučení:
Realizujte jako ARC filtr kaskádní syntézou a simulaci LC prototypu. Obě varianty porovnejte. Uvažujte reálné vlastnosti OZ.

------------Zpět na přehled

Z7 - PP pro energetiku II.
Střední kmitočet f0 = 770 Hz,
propustné pásmo: f0 = ± 9 Hz / 0,5 dB,
nepropustné pásmo: f0 = ± 65 Hz / 26 dB.
Doporučení:
Realizujte jako ARC filtr kaskádní syntézou a simulaci LC prototypu. Obě varianty porovnejte. Uvažujte reálné vlastnosti OZ.

------------Zpět na přehled

Z8 - PP pro výběr 1. harmonické z obdélníkového signálu
Navrhněte PP pro výběr 1.harmonické z obdélníkového signálu tak, aby harmonické zkresleni na výstupu filtru nepřesáhlo hodnotu k = 0,1%.
Kmitočet vstupního signálu 100 kHz. Kmitočtová stabilita vstupního signálu: ± 0,1%.
Doporučení:
Realizujte jako ARC filtr. Porovnejte řešení v proudovém a napěťovém módu. Stanovte požadavky na aktivní prvek.

------------Zpět na přehled

Z9 - Videofiltr pro SDTV
Navrhněte DP pro aplikace v přijímačích SDTV (antialiasingový a rekonstrukční filtr pro zpracování obrazového signálu).
Propustné pásmo: 0 - 5.5 MHz /amax< 0,15 dB, 9 MHz /amax< 1 dB, 10,5 MHz / amax< 3 dB.
Nepropustné pásmo: 27 MHz / 48,5 dB.
Doplňkovým požadavkem je vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v pásmu 100 kHz - 5,5 MHz s max. chybou +5 ns.
Doporučení:
Realizujte jako pasivní filtr LC a zhodnoťte možnosti realizace aktivním filtrem OTA-C.

------------Zpět na přehled

Z10 - Videofiltr pro HDTV
Navrhněte DP pro aplikace v přijímačích HDTV (antialiasingový a rekonstrukční filtr pro zpracování obrazového signálu).
Propustné pásmo: 0 - 30 MHz / amax< 0,4 dB, 42 MHz /amax< 1dB, 50 MHz /amax< 3dB.
nepropustné pásmo: 109 MHz / 50dB.
Doplňkovým požadavkem je vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v pásmu 100 kHz - 30 MHz s max. chybou 7ns.
Doporučení:
Realizujte jako pasivní filtr LC a zhodnoťte možnosti realizace aktivním filtrem OTA-C.

------------Zpět na přehled

Z11 - Videofiltr pro DTV
Navrhněte DP pro aplikace v přijímačích DTV (antialiasingový a rekonstrukční filtr pro zpracování obrazového signálu).
Propustné pásmo: 0 - 5,5 MHz /amax < 0,2 dB, 7,5 MHz /amax< 1 dB, 8,5 MHz / amax< 3 dB
nepropustné pásmo: 27 MHz / 48,5 dB.
Doplňkovým požadavkem je vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v pásmu 100 kHz - 5,0 MHz s max. chybou 16 ns.
Doporučení:
Navrhněte jako aktivní filtr OTA-C kaskádní syntézou a simulací LC prototypu. Porovnejte obě řešení.

------------Zpět na přehled

Z12 - Videofiltr pro SDTV
Navrhněte DP pro aplikace v přijímačích SDTV (rekonstrukční filtr pro zpracování obrazového signálu).
Propustné pásmo: 0 - 5,5 MHz /amax < 0,15dB, 8,5 MHz /amax< 1dB, 9,6 MHz /amax< 3dB
nepropustné pásmo: 27 MHz / 57dB.
Doplňkovým požadavkem je vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v pásmu 100 kHz - 5,5 MHz s max. chybou +8,7 ns.
Doporučení:
Navrhněte jako aktivní filtr OTA-C kaskádní syntézou a simulací LC prototypu. Porovnejte obě řešení.

------------Zpět na přehled

Z13 - Videofiltr pro SDTV
Navrhněte DP pro aplikace v přijímačích SDTV (rekonstrukční filtr pro zpracování obrazového signálu).
Propustné pásmo: 0 - 4,2 MHz / amax < 0,5 dB, 4,2 - 5,0 MHz / amax = 1 dB;
nepropustné pásmo: 26 MHz / 52 dB.
Doplňkovým požadavkem je monotónní průběh frekvenční charakteristiky v propustném pásmu a vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v pásmu 100 kHz - 4,2 MHz s max. chybou +14 ns.
Doporučení:
Navrhněte jako aktivní filtr OTA-C kaskádní syntézou a simulací LC prototypu. Porovnejte obě řešení.

------------Zpět na přehled

Z14 - DP pro omezeni šumu videosignálu
Navrhněte filtr pro omezení šumu videosignálu. Mezní kmitočet filtru by měl být volitelný v rozsahu 1 - 2 - 4 MHz ve stupních.
Útlum v propustném pásmu < 0,2 dB, v nepropustném pásmu je předepsán monotónní průběh útlumové charakteristiky se směrnicí > 24 dB/oktávu.
Doplňkovou podmínkou je vyrovnání skupinového zpoždění v propustném pásmu pro rozsah 4 MHz tak, aby chyba nepřesáhla hodnotu 10%.
Doporučení:
Realizujte jako aktivní filtr RC.

------------Zpět na přehled

Z15 - DP pro předzpracování videosignálu
DP má sloužit jako antialiasingový filtr pro předzpracování obrazového signálu před digitalizací.
Propustné pásmo: 0 - 5 MHz / amax < 0,5 dB,
nepropustné pásmo volte s ohledem na vzorkovací kmitočet 12 MHz a 8-bitovou digitalizaci.
Doplňkovým požadavkem je vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v celém propustném pásmu s max. chybou ± 20%.
Doporučení:
Realizujte jako pasivní filtr LC a proveďte optimalizaci na ztráty. Navržený filtr LC použijte jako prototyp pro návrh aktivního filtru OTA-C.

------------Zpět na přehled

Z16 - DP pro předzpracování videosignálu
DP má sloužit jako antialiasingový filtr pro předzpracování obrazového signálu před digitalizací.
Propustné pásmo: 0 - 8 MHz / amax < 0,25 dB,
nepropustné pásmo volte s ohledem na vzorkovací kmitočet 20 MHz a 10-bitovou digitalizaci.
Doplňkovým požadavkem je vyrovnání skupinového zpožděni filtru tak, aby bylo konstantní v celém propustném pásmu s max. chybou ± 10%.
Doporučení:
Realizujte jako pasivní filtr LC a proveďte optimalizaci na ztráty. Navržený filtr LC použijte jako prototyp pro návrh aktivního filtru OTA-C.

------------Zpět na přehled

Z17 - Rekonstrukční filtr DP pro DDS
DP má sloužit jako rekonstrukční filtr pro generátor harmonického signálu na bázi DDS (Direct Digital Synthesis). Generátor bude pracovat s vzorkovací frekvencí fc = 40 MHz a 10-bitovým D/A převodníkem.
Propustné pásmo: 0 - 40% fc /amax < 0,3 dB,
nepropustné pásmo: 0 - 60% fc, útlum nepropustného pásma volte s ohledem na 10-bitovou digitalizaci.
Doporučení:
Realizujte jako pasivní filtr LC a proveďte optimalizaci na ztráty. Navržený filtr LC použijte jako prototyp pro návrh aktivního filtru OTA-C.

------------Zpět na přehled

Z18 - Filtr pro měřicí obvod
Navrhněte filtr typu DP pro odrušení signálu polohového indukčního čidla rušivou spínací frekvencí spínaného zdroje.
Parametry:
propustné pásmo: 0 - 5 kHz / amax < 1,5 dB,
nepropustné pásmo: fs = 9,5 kHz / amin > 60 dB.
Doporučení:
Realizujte jako aktivní filtr RC kaskádní syntézou a simulací LC prototypu. Obě řešení porovnejte.

------------Zpět na přehled

Z19 - DP pro omezení šumu nf. signálu
Navrhněte filtr pro omezeni šumu v akustickém pásmu, mezní kmitočet filtru by měl být volitelný v rozsahu 3 - 12kHz.
Útlum v propustném pásmu < 0,18 dB, v nepropustném pásmu je předepsán monotónní průběh útlumové charakteristiky se směrnicí > 75 dB/dekádu.
Doporučení:
Realizujte jako aktivní filtr RC. Řešení přizpůsobte podmínce co nejjednodušší změny mezního kmitočtu.

------------Zpět na přehled

Z20 - Kanálový filtr pro kvadraturní demodulátor GSM
Navrhněte dolní propust pro kvadraturní demodulátor systému GSM s těmito parametry:
propustné pásmo: 0 - 100 kHz, amax = 1 dB,
nepropustné pásmo: fs = 200kHz, amin = 50 dB.
Doporučení:
Navrhněte jako aktivní RC filtr vhodný pro integraci CMOS technologií.

------------Zpět na přehled

Z21 - Kanálový filtr pro kvadraturní demodulátor WiFi
Navrhněte dolní propust pro kvadraturní demodulátor systému IEEE 802.11 s těmito parametry:
propustné pásmo: 0 - 1,2 MHz, amax = 1 dB,
nepropustné pásmo: fs = 2,0 MHz, amin = 46 dB.
Doporučení:
Navrhněte jako aktivní RC filtr vhodný pro integraci CMOS technologií.

------------Zpět na přehled

Z22 - Mezifrekvenční PP pro datový systém
Navrhněte pásmovou propust se středním kmitočtem f0 = 70 MHz a šířkou propustného pásma Δfp = 10 MHz.
Další parametry: max. útlum v propustném pásmu amax < 3 dB, požaduje se monotónní charakteristika (bez zvlnění). Šířka nepropustného pásma Δfs = 12,44 MHz, amin = 40 dB.
Doporučení:
Navrhněte jako pasivní LC filtr, proveďte optimalizaci na ztráty a na rozptyl hodnot součástek. Zvolte strukturu filtru tak, aby byl minimalizován vliv parazitních kapacit.

------------Zpět na přehled

Z23 - Vstupní PP pro GSM systém
Navrhněte pásmovou propust zadanou tolerančním schématem podle obr.

Doporučení:
Navrhněte jako pasivní LC filtr, proveďte optimalizaci na ztráty a na rozptyl hodnot součástek. Zvolte strukturu filtru tak, aby byl minimalizován vliv parazitních kapacit.

------------Zpět na přehled

Z24 - Filtr pro kolejové obvody
Navrhněte antialiasingový filtr pro kolejové obvody KOA1. Vzorkovací kmitočet kolejových obvodů je 4400 Hz, přičemž pracovní kmitočty kolejových obvodů jsou 75 Hz a 275 Hz.
Parametry:
propustné pásmo: fp = 850 Hz, ap = 0.1 dB,
nepropustné pásmo: fs = 2000 Hz, as = 20 dB.
Filtr pracuje v obvodu podle obr., kde Ri = 380Ω, Ci = 4.8 F, Ro = 24.3kΩ, Lo = 58H.

Obr.: pracovní režim filtru
Doporučení:
Realizujte jako pasivní filtr LC a ověřte vliv ztrát v obvodových prvcích a nestandardních zakončovacích impedancí. Navržený filtr LC použijte jako prototyp pro návrh aktivního filtru.
------------Zpět na přehled


©Boreš, Martinek