UPDATE: Das SC-Filter, eine kurze Einführung

Zuerst eine kritische Betrachtung: Sind Switched-Capacitor-Filter (SC-Filter) im Zeitalter der zunehmenden Digitalisierung analoger Signale überhaupt noch aktuell, denn nicht erst seit heute werden Filterfunktionen digital, z.B. mit so genannten Digitalen Signalprozessoren (DSP), realisiert. In der Tat, SC-Filter sind trotzdem noch immer sehr gefragt, wie eine Nachfrage beim Bauteile-Distributor Mouser ergab. Auch RS-Online und Farnell sind in diesem Sektor noch aktiv.

Dieser SC-Filter-Elektronik-Minikurs ist die Einleitung für alle andern Elektronik-Minikurse bei denen das SC-Filter Teil eines Ganzen ist oder es ist das zentrale Thema. Bilder und Texte sind neu überarbeitet.

Im Kapitel „Warum SC-Filter?“ geht es um die bedeutungsvollen Vorteile gegenüber den aktiven RC-Filterschaltungen, wobei auch die Nachteile deutlich thematisiert sind. Diese Vorteile und Nachteile begleiten uns immer wieder in der gesamten Einführung und ebenso in den zum Teil weiteren fünf Elektronik-Minikursen, wo SC-Filters im Einsatz sind. Linkliste am Schluss.

Die Funktionsweise leicht und praxisorientiert erklärt. Wozu das Taktsignal? Was bewirkt das Abtasten des analogen Signals und warum dürfen sich die Steuersignale nicht überlappen? Eine einfache digitale Schaltung zeigt, wie man eine Non-Overlapping-Schaltung leicht selbst realisieren kann. Eine solche Schaltung kann auch für eine ganz andere Anwendung nützlich sein. Dies betrifft in der Andeutung die Teilbilder 1, 2a und 2b hier im Titelbild.

Das SC-Filter ist ein getastetes System und darum erscheinen die analogen Spannungen am Ausgang mit feinen Stufen. Stört dies, muss man zusätzlich zeitkontinuierlich mit einem RC-Tiefpassfilter (Smoothing-Filter) dämpfen, was aber oft mit einem passiven RC-Filter, je nach Anwendung, genügt. Das exakt selbe RC-Filter gehört an den Eingang des SC-Filters für die Antialiasing-Funktion. Teilbild 3 zeigt eine Deluxe-Ausführung mit je einem Butterworth-Tiefpass 2. Ordnung.

Teilbilder 4 und  5 deuten darauf hin, welchen Aufwand die Realisierung eines aktiven RC-Tiefpassfilter 8. Ordnung verursacht im Vergleich mit einem SC-Tiefpassfilter mit den selben Eigenschaften. Nicht vergessen, man kann beim Experimentieren mit diesen ICs einiges lernen…

Gruss Euer
ELKO-Thomas