如何設計用于標清視頻信道的有源濾波器

表1：測量電路后計算出的電阻值

將電路中的電阻變?yōu)楦鶕娐酚嬎愠鰜?lái)的調整值(針對具體的電路，這些值可能會(huì )有差異)。改變電阻值后，再測量帶寬?，F在的帶寬將會(huì )更接近要求，但可能也不完全正確，不過(guò)對此無(wú)需擔心。濾波器的峰值可能會(huì )比之前略大一些，但這并不會(huì )造成問(wèn)題。

其次，調整峰值(即Q值)。濾波器中幾乎所有的峰值都是由第二級所產(chǎn)生，因為該級的Q值和增益都更高(回路傳輸更小，帶寬更窄)，因此，我們將Q值的調整集中在該級上?？赏ㄟ^(guò)減小R1b電阻來(lái)調整峰值。先減小約20%，如果仍然出現峰值，則進(jìn)一步減小阻值。如果阻值減小引起的頻率響應太大，則應適當增加阻值。一個(gè)可使濾波器頻率響應波形最接近Butterworth濾波器的好辦法是，觀(guān)察-1dB處的頻率并調整R1b，直到-1dB處的頻率為5MHz(當達到該值時(shí)，頻率響應波形應當干凈、平坦)。通過(guò)將R1b值從1.58kΩ減小到1.24kΩ，使得濾波電路中的頻率響應波形與一個(gè)理想的Butterworth濾波器非常匹配。表2為電路中采用的最終電阻值。

表2：電路中采用的最終電阻值

調整峰值后(電阻值應基于測量結果，不必非得與表2中的阻值相同)，-3dB處的頻率將接近期望值6MHz。圖2所示為電路中測量出的頻率響應曲線(xiàn)，圖中同時(shí)給出了初始頻率響應、調整頻率后的結果、調整峰值后的結果(最終電路)以及理想Butterworth濾波器的頻率響應。

圖2：電路中測量出的頻率響應曲線(xiàn)，包括初始頻率響應、調整頻率后的結果、調整峰值后的結果以及理想Butterworth濾波器的頻率響應。

濾波器性能

該濾波器的頻率響應測量結果如圖2所示(即調整峰值后的結果，用紅色曲線(xiàn)表示)，圖2中也同時(shí)給出了一個(gè)理想的6MHz Butterworth濾波器的頻率響應曲線(xiàn)(綠色曲線(xiàn))。該頻率響應結果是在用本文方法構建的電路上測出的。如圖所示，該濾波器在視頻頻段內幾乎不出現峰值、平坦度好，并且阻帶抑制效果好。微分增益和相位同樣也很不錯。表3概括了該濾波電路的性能細節。

表3：一個(gè)理想的6MHz Butterworth濾波電路的性能細節

源阻抗和負載阻抗

這款濾波器在源阻抗為100Ω時(shí)工作良好。如果源阻抗更高，那么必須在計算第一個(gè)電阻(R1a)的阻值時(shí)將其作為考慮因數。例如，若源阻抗為150Ω，就要根據這個(gè)阻抗減小R1a的阻值。

圖1中濾波器的增益為+2V/V，用于驅動(dòng)以串聯(lián)輸出電阻(圖中為75Ω)端接的線(xiàn)路，從而提供后端終接。后端終接將信號一分為二，這樣從輸入到線(xiàn)纜遠端視頻負載的總增益就變成+1V/V。

電路布局

元件之間應盡可能靠近并采用短走線(xiàn)。保持運算放大器的輸入短走線(xiàn)比輸出短走線(xiàn)更加重要。注意：要去掉運算放大器輸入端附近的接地銅層，以減小電路板寄生電容。倒相輸入附近的寄生電容會(huì )導致運算放大器出現峰值，而若寄生電容靠近非倒相輸入，則會(huì )給濾波器增加額外的電容，從而改變?yōu)V波器的頻率響應波形和帶寬。

本文小結

采用現代高速運算放大器來(lái)實(shí)現用于標準清晰度視頻系統的有源濾波器時(shí)，其設計和調整非常簡(jiǎn)單，采用有源濾波器來(lái)替代無(wú)源濾波器能節省設計時(shí)間和成本，同時(shí)大幅提高最終產(chǎn)品的性能。