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Libro: Filtros Analógicos: clásicos, basados en Capacitor Conmutado y con FPAA

Título:  Filtros Analógicos: clásicos, basados en Capacitor Conmutado y con FPAA.

Año: 2014

Autor/es: Angel C. Veca, Andrés Lage, Mario Ruiz Noguera.

ISBN: 978-987-33-6154-8

Contenido:

INDICE

Prólogo VII

Capítulo I Introducción al Estudio de Señales y Sistemas Analógicos

1.1. Introducción 1

1.2. Clasificación de las señales 2

1.2.1. Introducción 2

1.2.2. Clasificación de señales basada en la duración 3

1.3. Operaciones con señales 5

1.4. Clasificación basada en simetría 6

1.5. Energía y Potencia 8

1.6. Señales periódicas 10

1.7. Combinación de señales periódicas 10

1.8. Señales cuasi periódicas 11

1.9. Señales básicas de tiempo continuo 11

1.9.1. Señal de tiempo continuo Exponencial Compleja 11

1.9.2. Señal de tiempo continuo Senoidal 13

1.9.3. Señal de tiempo continuo Escalón Unitario 16

1.9.4. Señal de tiempo continuo Impulso 16

1.10. Aplicación del estudio de funciones a la caracterización de señales 18

1.11. Sistemas analógicos 18

1.11.1. Clasificación de los sistemas analógicos 18

1.12. Combinación de señales periódicas 19

1.13. Análisis completo de una señal analógica 21

1.13.1. Análisis de una señal modulada en amplitud 21

1.13.2. Análisis de la señal 23

1.13.2.1. Extracción de los parámetros fundamentales 24

1.14. Conclusiones 26

1.15. Problemas propuestos 26

1.16. Referencias 28

Capítulo II Introducción a los Amplificadores Operacionales

2.1. Introducción 29

2.2 Clasificación de los amplificadores 29

2.2.1. Introducción 29

2.2.2. Amplificador de Tensión 29

2.2.3. Amplificador de Corriente 30

2.2.4. Amplificador de Transconductancia 31
2.2.5. Amplificador de Transresistencia 32
2.3. El amplificador operacional 33
2.3.1. Configuraciones básicas de un amplificador operacional 34

2.3.1.2. Configuración no inversor 37

Ejemplo 2.2 39

2.3.1.3. Configuración Amplificador seguidor 40
Ejemplo 2.3 41

2.4. Conclusiones 41

2.5. Problemas propuestos 42

2.6. Referencias 42

Capítulo III Desajustes y Limitaciones de los Amplificadores Operacionales

3.1. Introducción 45

3.2. Desajustes de DC 45

3.3. Limitaciones en AC47

3.3.1. Limitación de la Velocidad de Respuesta (Slew-rate) 47

Ejemplo 3.1 48

3.3.2. Respuesta en frecuencia del AO49

Ejemplo 3.2 51

3.3.3. Producto de Ganancia por Ancho de Banda 51

Ejemplo 3.3 52

3.4. Conclusiones 53

3.5. Problemas propuestos 53

3.6. Referencias 54

Capítulo IV Filtros Activos de 1er y 2do Orden Primera parte: Filtros Activos de 1er Orden

4.1. Introducción 55

4.2. Filtros Activos de una Etapa de Primer orden 57

4.2.1. Filtro Pasa bajos 57

4.2.1.1. Configuración inversora 58

4.2.1.2. Configuración no inversora 59

Ejemplo 4.1 59

4.2.2. Filtro Pasa altos 60

4.2.2.1. Configuración inversora 60

4.2.2.2. Configuración no inversora 61

Ejemplo 4.2 61

4.2.3. Diferencia entre integradores, diferenciadores con filtros pasa altos y pasa bajos, respectivamente 62

Ejemplo 4.3 63

Ejemplo 4.4 63

Ejemplo 4.5 64

4.2.4. Filtros Pasa banda y suprime banda 65

4.2.4.1. Filtros Pasa banda 65

Ejemplo 4.6 66

4.3.5. Filtro Suprime banda 67

Ejemplo 4.7 68

Segunda parte: Filtros Activos de 2do orden

4.4 Introducción 71

4.4.1 Función de transferencia de un filtro y respuestas estándar de segundo orden 71

a-Respuesta Pasa bajos 73

b-Respuesta Pasa alto 74

c-Respuesta Pasa banda 75

d-Respuesta Suprime banda 77

4.4.2 Implementación de Filtros activos de 2do orden 78

4.4.2.1. Topología Sallen-Key 78

a-Pasa bajos 78

Ejemplo 4.8 81

b-Pasa Alto 83

Ejemplo 4.9 84

c-Pasa Banda 85

Ejemplo 4.10 85

d-Suprime Banda 86

Ejemplo 4.11 86

4.4.2.2. Filtros de Realimentación Múltiple 87

a-Pasa banda 87

Procedimiento de diseño 89

Ejemplo 4.12 89

b-Pasa bajos 89

Procedimiento de diseño 90

Ejemplo 4.13 90

c-Pasa altos 91

Procedimiento de diseño 92

Ejemplo 4.14 92

d-Suprime banda 93

Procedimiento de diseño 93

Ejemplo 4.15 93

4.4.3. Alternativa de Filtro pasa banda 94

Ejemplo 4.16 95

4.5. Filtros multi función 95

4.5.1. Filtros de variable de estado 96

Ejemplo 4.17 97

4.5.1.1. Filtros de variable de estado no inversores 98

4.5.1.2. Filtros Bicuadrados 99

Ejemplo 4.18 100

4.5.1.3. Filtros Bicuadrados suprime banda 101

Ejemplo 4.19 103

4.6. Conclusiones104

4.7. Problemas propuestos105

4.8 Referencias106

Capítulo V Filtros Activos Basados en Funciones de Aproximación

5.1 Introducción 107

5.2. Plantillas de filtrado 107

5.3. Filtros pasa bajos de Butterworth 108

5.3.1.1. Visualización de los polos en función de n 111 Ejemplo 5.1 114 Ejemplo 5.2 117

5.4. Filtros pasa bajos de Chebyshev 118

Ejemplo 5.3122

5.4.1. Filtros pasa bajos de Chebyshev Tipo II 123

5.5. Filtros pasa bajos de Bessel 125

5.7. Filtros Elípticos o de Cauer 125

5.8. Comparación de las respuestas Butterworth, Chebyshev y Bessel

127 Ejemplo 5.4 127

5.8.1. Diseño para una aproximación de Butterworth 127

5.8.2. Diseño para una aproximación de Chebyshev α=0.5

128

5.8.4. Diseño para una aproximación de Bessel 129

5.9. Síntesis de pasa altos, pasa banda y suprime banda en cascada 131

5.9.1. Filtro pasa bajo en cascada131

5.9.2. Filtro pasa alto en cascada132 Ejemplo 5.5 134

5.9.3. Filtro pasa banda en cascada136 Ejemplo 5.6 137

5.9.4. Filtro suprime banda en cascada139 Ejemplo 5.7 140

5.10. Síntesis con Filtros Universales142

5.11. Conclusiones143

5.12. Problemas propuestos143

5.13. Referencias144

Capítulo VI Introducción a la Teoría de la Técnica del Capacitor Conmutado

1.6.1. Introducción145

6.2. Generalidades145

6.3. Integradores CS147

6.3.1. Limitaciones Prácticas de los Filtros CS149

6.4. Filtros a Capacitor Conmutado152

6.4.1. Filtros Bicuadrados152 Ejemplo 6.1 154

6.5. Topologías básicas de filtros a Capacitor conmutado154

6.5. Realización de Filtros de capacitor conmutado156

6.5.1. Topología paralelo156

6.5.2. Topología Serie158

6.5.3. Topología Paralelo Serie158

6.5.4. Topología Bilinear160

6.5.5. Topología Transferencia Negativa160

6.5.6. Topología Transresistencia Positiva161

6.6. Filtros de capacitor conmutado a base de circuitos integrados 162

6.6.1. Modos de Operación

164 6.6.1.1-Programación Modo 1

165 Ejemplo 6.2 166 6.6.1.2-Conexión en cascada

167 Ejemplo 6.3 167

6.6. Conclusiones 170

6.7. Problemas propuestos 171

6.8. Referencias 172

Capítulo VII Arreglos Analógicos Configurados por Campo

7.1. Introducción 173

7.2. Arquitecturas analógicas programables (FPAA) 174

7.2.1. Terminología 174

7.2.2. Evolución de los FPAA 175

7.2.3. FPAA Comerciales 175

7.3. Análisis general de FPAA Lattice y Anadigm 176

7.3.1. FPAA Lattice 176

7.3.2. FPAD Zetex 177

7.3.3. FPAA Anadigm 178

7.4. Metodología de diseño usando FPAA Lattice 181

7.5. Análisis específico de FPAA Lattice y Anadigm 181

7.5.1. FPAA Lattice 181

7.5.1.1. ispPAC-10 181

7.5.1.2. ispPAC-20 182

7.5.1.3 ispPAC-30 182

7.5.1.4. Interfaz de usuario 183

7.5.2. FPAA Anadigm 184

7.5.2.1. AN221E02 184

7.5.2.2. Reconfiguración estática y dinámica 184

7.5.2.4. AN120E04 185

7.5.2.5. AN220E04 186

7.5.2.6. AN221E04 y AN121E04 186

7.5.3. Detalles de la arquitectura analógica 188

7.5.3.1. Celda de Entrada/Salida configurable 188

7.5.3.2. Entrada/Salida analógica multiplexada 189

7.6.3. Celda de Salida 189

7.5.3.4. Bloque Analógico Configurable 190

7.5.3.5. Tabla de Verdad 191

7.6.6. Operación del SAR-ADC 192

7.6.7. Tensión de Referencia y Generador IBIAS 192

7.6.8. Sistema de relojes 193

7.7. Interfaz de usuario 194

7.7.1. Barra de herramienta y teclas asociadas 194

7.7.2. Simulador funcional 194

7.7.3. Información de Interfaz AnadigmDesigner2 195

7.7.4. Herramienta para el diseño de Filtros 197

7.7.4. Ejemplo del uso de la herramienta AnadigmFilter 198

7.7.5. Resumen de la Familia Anadigm202

7.8. Ejemplo de Aplicación202

7.9. Generación de una aplicación desde AnadigmDesigner2206

7.9. Reconfiguración Dinámica208

7.9.1. Construyendo el software para control dinámico209

7.10. Conclusiones211

7.11. Problemas propuestos B1. Tabla B1. Transformaciones desde un Prototipo Pasa bajo IV Tabla B2. Transformaciones a un Prototipo Pasa bajo IV

Anexos

Anexo A: Tablas normalizadas

A1.1. Tabla. 5.1. Polos normalizados de Butterworth I

A1.2. Polos de Chebyshev           I

A1.2.1. Tabla 5.2 Polos normalizados Chebyshev para α = -3dB(ε = 1)           I

A1.2.2. Tabla 5.3 Polos normalizados Chebyshev para α = -0,5dB(ε = 0,349)           II

A1.2.3. Tabla 5.4 Polos normalizados Chebyshev para α = -1dB(ε = 0,508)           II

A1.3. Polos de Bessel. Tabla 5.5 Polos normalizados Bessel          III

A1.4. Polos de Cauer        III

 

Anexo B: Resumen de transformaciones desde y hacia el prototipo

Anexo C: Listado de funciones punto m para la síntesis de filtros genéricos, de Butterworth, Chebyshev y Cauer

buttord, cheb1ord, cheb2ord, ellipord V butter, cheby1, cheby2, ellip V freqs y plot V Ejemplo V Tabla C1. Utilización de la función para calcular el N de los filtros VII