利用WEBENCH軟件快速設(shè)計(jì)有源模擬濾波器

幾乎所有電子電路中都能看到有源模擬濾波器的身影。音頻系統(tǒng)使用濾波器進(jìn)行頻帶限制和平衡。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)師使用濾波器調(diào)諧特定頻率并消除其它頻率。為了使高頻信號(hào)衰減，所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）前面有一個(gè)抗鋸齒（低通）濾波器，或者在數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）后面有一個(gè)抗鏡像（低通）濾波器。這種模擬濾波還可以在信號(hào)到達(dá)ADC之前或者離開DAC之后，消除疊加在信號(hào)上面的高頻噪聲。如果ADC的輸入信號(hào)超出轉(zhuǎn)換器采樣頻率的一半，則該信號(hào)的大小被可靠地轉(zhuǎn)換；但是，在其變回?cái)?shù)字輸出時(shí)，頻率也發(fā)生改變。

利用TI的WEBENCH濾波器設(shè)計(jì)器軟件，可以高效地設(shè)計(jì)出低通、高通、帶通或者帶阻濾波器。這種應(yīng)用程序替代了TI的FilterPro和以前國(guó)家半導(dǎo)體的WEBENCH有源濾波器設(shè)計(jì)器軟件。在生成有源濾波器時(shí)，它使用這些程序和公式。但是，它允許深度調(diào)節(jié)各種濾波器變量，優(yōu)化濾波器，為濾波器電路尋找到正確的TI運(yùn)算放大器 (op amp)，并具有SPICE模擬功能，比上面兩個(gè)程序更加強(qiáng)大。

低通模擬濾波器的重要設(shè)計(jì)參數(shù)

低通模擬濾波器的頻域規(guī)范包括4個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)：

●fc，即濾波器的–3-dB截止頻率

●Ao，即濾波器的增益

●Asb，即阻帶衰減

●fs，即阻帶衰減的中斷頻率

圖1所示WEBENCH濾波器設(shè)計(jì)器的濾波器類型窗口列出了這些參數(shù)。DC到截止頻率（fc）的頻率范圍為帶通區(qū)域。圖1中Ao為帶通響應(yīng)量級(jí)。使用巴特沃 茲（Butterworth）或者貝塞爾（Bessel）濾波器時(shí)，帶通響應(yīng)可以為扁平，并且無紋波。相反，一直到截止頻率，切比雪夫 （Chebyshev）濾波器都有紋波。切比雪夫?yàn)V波器的紋波誤差量級(jí)為2△A_MAX。

圖1：WEBENCH濾波器設(shè)計(jì)器重要模擬濾波器參數(shù)

濾波器響應(yīng)超出fc時(shí)，它會(huì)通過過渡帶降至阻帶區(qū)域。濾波器近似法（巴特沃茲、貝塞爾和切比雪夫等）決定過渡帶的帶寬和濾波器的階數(shù)（M）。傳輸函數(shù)的極點(diǎn)數(shù)決定濾波器階數(shù)。例如，如果某個(gè)濾波器的傳輸函數(shù)內(nèi)有3個(gè)極點(diǎn)，則其為一個(gè)三階濾波器。

一般而言，當(dāng)更多極點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)濾波器設(shè)計(jì)時(shí)過渡帶變得更小，如圖2巴特沃茲低通濾波器所示。理想情況下，低通、抗鋸齒濾波器應(yīng)有“磚墻”式響應(yīng)，并且過渡帶極小。實(shí)際而言，這并不是最好的抗鋸齒方法。進(jìn)行有源濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，每?jī)蓚€(gè)極點(diǎn)就要求有一個(gè)運(yùn)算放大器。例如，32階濾波器要求16個(gè)運(yùn)算放大器、32個(gè)電容器和多達(dá)48個(gè)電阻器。

圖2：巴特沃斯濾波器極點(diǎn)數(shù)增加帶來更加明顯的轉(zhuǎn)降

模擬濾波器近似計(jì)算類型

圖3顯示了WEBENCH濾波器設(shè)計(jì)器觀察屏幕的解決方案窗口中一些可用的低通濾波器類型。用戶點(diǎn)擊“開始濾波器設(shè)計(jì)”按鈕（圖1）以后，出現(xiàn)該屏幕。

圖3：WEBENCH濾波器設(shè)計(jì)器的低通濾波器類型

巴特沃茲、貝塞爾和切比雪夫是一些比較流行的濾波器近似法類型。查看量級(jí)和頻率域?qū)Ρ纫约傲考?jí)和時(shí)域?qū)Ρ惹闆r以后，可以知道濾波器類型。