Распространенной проблемой, возникающей при проектировании фильтров нижних частот для обработки сигналов, является влияние фильтров на временной отклик системы. Поскольку понижение частоты среза замедляет реакцию на ступенчатое воздействие, система может не распознать существенные изменения в течение приемлемого промежутка времени. Схема на Рисунке 1 поддерживает более низкие частоты среза без ущерба для переходной характеристики. Оконный компаратор отслеживает дельту (разность) между входным и выходным сигналами фильтра. Когда дельта превышает ±50 мВ, фильтр увеличивает скорость нарастания, увеличивая частоту среза на порядок. Микросхема фильтра на коммутируемых конденсаторах IC1 обычно работает как самосинхронизирующееся устройство. Конденсаторы C1 и C2 устанавливают частоту среза, равной 0.1 Гц, а другие схемы образуют динамический оконный компаратор. Транзисторные пары Q1-Q2 и Q3-Q4 образуют комплементарное токовое зеркало, выходной сигнал которого проходит через резисторы R2 и R3, создавая дельту в ±50 мВ. Подключение выходного напряжения к средней точке резисторной цепочки R2-R3 центрирует дельту относительно выходного напряжения. Поэтому верхний порог оконного компаратора устанавливается равным VOUT + 50 мВ, а нижний порог – VOUT – 50 мВ.
 | |
| Рисунок 1. | Этот фильтр нижних частот обеспечивает быструю переходную характеристику, динамически регулируя частоту среза. |
Элементы R4 и C3 обеспечивают фильтрацию нижних частот исходного входного сигнала, устанавливая частоту среза 312 Гц, которая снижает чувствительность к кратковременным броскам. Отфильтрованный входной сигнал подается на вход оконного компаратора. Если входной сигнал не попадает в окно ±50 мВ, на выходе компаратора IC2A или IC2B устанавливается низкий уровень напряжения. При низком уровне выходного напряжения транзистор Q5 закрывается. Поскольку коллектор Q5 больше не соединяет конденсатор C2 с землей, частота среза фильтра увеличивается в 10 раз. Когда выходной сигнал системы перестает выходить за пределы ±50 мВ от входного, частота среза возвращается в исходное состояние. Влияние оптимизированного фильтра иллюстрируют осциллограммы на Рисунке 2. Верхняя кривая представляет скачок входного сигнала от 1.5 до 2.5 В, на средней кривой показан выходной сигнал при включенной схеме оптимизации, а нижняя кривая показывает отклик немодифицированного фильтра. На отклике оптимизированного фильтра видно небольшое возмущение во время переключения частоты среза, но он в пять раз быстрее, чем у немодифицированной схемы. Схема на Рисунке 1 настроена на низкие частоты среза, но ее можно масштабировать для более высоких частот, изменив емкости конденсаторов C1 и C2. Также можно изменять сопротивления резисторов R2 и R3 для другой ширины окна; тогда дельта будет равна сопротивлению, умноженному на 115 мкА. Компаратор должен иметь выход с открытым стоком.
 | |
| Рисунок 2. | Эти осциллограммы показывают временной отклик схемы на Рисунке 1 со схемой оптимизации (средняя кривая) и без нее (нижняя кривая). |