Transcripción
Todos los filtros que hemos analizado hasta ahora utilizan circuitería discreta. No obstante, también es posible crear filtros utilizando circuitos integrados. Algunas ventajas de los filtros con circuitos integrados son la gran versatilidad que brindan, relativa simplicidad de diseño, alta precisión y bajo costo de fabricación.
Tomemos como ejemplo los chips AF100 o AF150, diseñados y fabricados por National Semiconductor. Estos chips permiten crear filtros high-pass, low-pass, band-pass y notch, dependiendo de las conexiones que se hagan en sus terminales. Debemos tomar en cuenta que estos chips son de segundo orden. Si se desea obtener un filtro de un orden superior, es posible conectar un filtro tras otro.
Figura 8.30. Filtros con chips AF100/AF150
Es posible determinar la ganancia que aplicarán los filtros, por medio de los resistores en el circuito. Las relaciones que determinan la ganancia aplicada por los filtros con el chip AF100 se indican en las ecuaciones provistas. Nótese que el signo negativo indica que la amplitud de la señal ha sido invertida, con relación a la señal de entrada.
Figura 8.31. Ganancia de los filtros con chips AF100
Para determinar la ganancia aplicada por los filtros band-pass y notch, así como otros parámetros del filtro, incluyendo el factor Q, se recomienda referirse a las fórmulas de diseño específicas para este chip. Es posible encontrarlas en los data sheets de cada chip o en manuales de diseño de filtros.
Figura 8.32. Primera página del data sheet del chip AF100
Los chips AF100 y AF150 son ejemplos del tipo de chips denominado state-variable o de estado variable. Existe un segundo tipo principal de chips llamado switched-capacitor. Un ejemplo de este es el chip MF5, también fabricado por National Semiconductor. Los filtros que emplean este segundo tipo de chips funcionan de manera similar, pero con la diferencia de que, para programar el comportamiento deseado en el filtro, no se emplean resistores externos, sino un circuito que activa y desactiva capacitores, en otras palabras, capacitor-switching.
Estos circuitos se comportan de forma parecida a los resistores externos de los filtros con chips state-variable. Los valores de estos “pseudo resistores” pueden ajustarse, mediante la frecuencia de un voltaje de sincronización externo o clock voltage. De esta manera, se determina la frecuencia cutoff de cada filtro.
Figura 8.33. Filtro con chip MF5
Para programar el comportamiento de cada filtro, se emplean los resistores externos, el voltaje clock y una fuente de potencia externa que, en este caso, es de 5 voltios. Cabe mencionar que la señal clock puede ser digital. Esto resulta especialmente útil cuando se desea controlar el filtro por medio de circuitos digitales.
A continuación, se proveen las fórmulas básicas para determinar la frecuencia cutoff, factor Q y ganancia de cada filtro. Para obtener las fórmulas de otros parámetros, se recomienda referirse al data sheet del chip o a los manuales de diseño de filtros.
Figura 8.34. Frecuencia cutoff, Q y ganancia de los filtros con chips MF5
El MF5 es un filtro Butterworth de quinto orden, aunque también existen filtros de otros órdenes. Por ejemplo, el MF4 y el MF6 son filtros Butterworth de cuarto y sexto orden, respectivamente.
Cabe mencionar también que el voltaje clock podría generar ruido en la señal de salida del filtro. La amplitud de este puede alcanzar valores de entre 10 y 25 milivoltios; aproximadamente, -38dBu y -30dBu. Estos niveles son relativamente altos, por lo que el ruido podría ser audible.
La frecuencia del ruido será igual a la frecuencia clock. Si esta se ubica lejos del rango de frecuencias audible, puede ser eliminada por medio de un filtro RC pasivo. Para el MF5, la frecuencia del clock suele oscilar entre 1.5Hz y 5Hz.
