常用滤波电路

常用滤波电路陈华宾1纲要•滤波器概述•滤波器设计方法•常用开关电容滤波器芯片2滤波器概述•滤波器是一种通过一定频率的信号而阻止或衰减其他频率信号的部件。•能通过的频率构成通带，而被衰减的频率则构成滤波器的阻带。•按通带和阻带在频域内的位置，滤波器分为低通、高通、带通、带阻和全通等类。•滤波器的两个重要特性是：幅度响应和相位响应。3滤波器概述•按信号性质:模拟滤波器和数字滤波器•按所用元件:无源滤波器和有源滤波器•按电路功能:–低通滤波器–高通滤波器–带通滤波器带–阻滤波器•按阶数:一阶,二阶…高阶4滤波器分类ioUU低通ioUU高通ioUU带通ioUU带阻5有源滤波器RLUo.Ui.RCRLUo.Ui.CR10.7070Au.10.7070Au.o(a)低通滤波电路(b)高通滤波电路(c)低通幅频特性(d)高通幅频特性6一阶RC低通滤波器(无源)RCRiUoUj1Rj1UUioRCj110j11CCRC107ioUU010.7070截止频率此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。8通频带宽度(带宽)ioUU010.7070截止频率带宽:0-0RC10设R=10k,C为下列各值时的带宽:Cfo1F16Hz0.047F340Hz0.01F1600Hz9滤波器概述•无源滤波器由电感、电容和电阻构成，在一定频率范围内是很适用的。然而，在低频范围，由于电感尺寸和性能的限制，无源滤波器是不理想的。•有源滤波器是用有源器件来模拟电感特性。我们所说的有源器件一般指运算放大器•开关电容滤波器：通过开关通断来模拟特性10滤波器设计方法•理论计算方式•软件设计方式–FilterSolutions–FilterWizPro–FilterCAD–FilterLab–FilterPro•用芯片进行计算设计11理论计算方式•1、低通滤波器12Rf＋－∞＋C(a)二阶低通滤波电路R1RUo.Ui.Rf＋－∞＋CR1RUo.Ui.RCR(b)改进型二阶低通滤波电路CUAUFo，AF=1+RF/R1Cj1UURUURUUoPPPiPPURCj11UCj1RCj1Uo2oFio2j)(1AUURC1)A3(21oF，传递函数中出现的二次项,故称为二阶滤波器1314幅频特性曲线ioUU01+RF/R10.707(1+RF/R1)015一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别ioUU0o-3dbAF理想低通一阶低通二阶低通理论计算方式•2、高通滤波器16Rf＋－∞＋(a)二阶高通滤波电路R1RUo.Ui.(b)改进型二阶高通滤波电路CCRRf＋－∞＋R1RUo.Ui.CCR17幅频特性曲线ioUU01+RF/R10.707(1+RF/R1)0•3、带通滤波电路和带阻滤波电路•将截止频率为ωh的低通滤波电路和截止频率为ωl的高通滤波电路进行不同的组合,就可获得带通滤波电路和带阻滤波电路。将一个低通滤波电路和一个高通滤波电路“串接”组成带通滤波电路,ω＞ωh的信号被低通滤波电路滤掉,ω＜ωl的信号被高通滤波电路滤掉,只有当ωl＜ω＜ωh时信号才能通过,显然,ωh＞ωl才能组成带通电路。•一个低通滤波电路和一个高通滤波电路“并联”组成的带阻滤波电路,ω＜ωh信号从低通滤波电路中通过,ω＞ωl的信号从高通滤波电路通过,只有ωh＜ω＜ωl的信号无法通过,同样,ωh＜ωl才能组成带阻电路。1819低通高通低通AAup.OhUo.1高通AAup.Ol1阻Ol1h通阻Ui.低通高通Uo.Ui.低通AAup.Oh1AAup.Ol1高通阻Ol1h通通(a)带通滤波电路(b)带阻滤波电路AAup.AAup.20带通、带阻滤波器21软件设计方式•FilterSolutions•Nuhertz公司出品，Nuhertz公司是滤波器设计软件的行业领军企业。•软件设计方式，只要理解滤波器的特性，填写参数，软件自动生成22•FilterType为滤波器类型的选择，如贝塞尔，巴特沃斯，切比雪夫等等。•中间为滤波器的一些设置，3order代表为3dB的带宽，1PassBandFreq解释为导通截止频率，这里由于我们采用的是低通滤波器（左下角那），故只有一个PassBandFreq，某些滤波器如切比雪夫二还会出现一个叫做StopBandFreq，这个为完全截止频率，此参量需要依据需求大于PassBandFreq即可。•下面的FreqScale选择的是频率的形式，第一个Rad/Sec指的是角频率，Hertz指的是赫兹的形式。•至于GraphLimits为左边按钮下提供的一些时域，频域响应图形的设置，左边的是X轴频率的设置，右边既是X轴时域的设置。23•以下即为1HZ下Lowpass的巴特沃斯滤波器频域。242526设计出来后的滤波器可以在用PSPICE仿真软件进行仿真开关电容滤波器•开关电容滤波器(SwitchedCapacitorFilter)是由MOS开关MOS电容和MOS运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器。其特点是:–1、当时钟频率一定时,开关电容滤波器的特性仅取决于电容的比值。由于采用了特种工艺,这种电容的比值精度可达0.01%,并且具有良好的温度稳定性；–2、当电路结构确定之后,开关电容滤波器的特性仅与时钟频率有关,改变时钟频率即可改变其滤波器特性；–3、开关电容滤波器可直接处理模拟信号,而不必像数字滤波器那样需要A/D、D/A变换,简化了电路设计,提高了系统的可靠性。27常用开关电容滤波器芯片•LMF100•MAX293•MAX270•LTC1562•LTC1064•还有很多很多28LMF10029设计流程•LMF100是通用的，可以作为高通、低通、带通等，有多种模式：3031练习•1、用滤波器设计软件设计一个5K低通滤波器，阻带衰减尽量大，通带纹波尽量小•2、用LMF100设计一个5K低通滤波器32