利用WEBENCH軟件快速設計有源模擬濾波器

幾乎所有電子電路中都能看到有源模擬濾波器的身影。音頻系統使用濾波器進(jìn)行頻帶限制和平衡。通信系統設計師使用濾波器調諧特定頻率并消除其它頻率。為了使高頻信號衰減，所有數據采集系統都在模數轉換器（ADC）前面有一個(gè)抗鋸齒（低通）濾波器，或者在數模轉換器（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到達ADC之前或者離開(kāi)DAC之后，消除疊加在信號上面的高頻噪聲。如果ADC的輸入信號超出轉換器采樣頻率的一半，則該信號的大小被可靠地轉換；但是，在其變回數字輸出時(shí)，頻率也發(fā)生改變。

利用TI的WEBENCH濾波器設計器軟件，可以高效地設計出低通、高通、帶通或者帶阻濾波器。這種應用程序替代了TI的FilterPro和以前國家半導體的WEBENCH有源濾波器設計器軟件。在生成有源濾波器時(shí)，它使用這些程序和公式。但是，它允許深度調節各種濾波器變量，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)程序更加強大。

低通模擬濾波器的重要設計參數

低通模擬濾波器的頻域規范包括4個(gè)基礎參數：

●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濾波器設計器的濾波器類(lèi)型窗口列出了這些參數。DC到截止頻率（fc）的頻率范圍為帶通區域。圖1中Ao為帶通響應量級。使用巴特沃 茲（Butterworth）或者貝塞爾（Bessel）濾波器時(shí)，帶通響應可以為扁平，并且無(wú)紋波。相反，一直到截止頻率，切比雪夫 （Chebyshev）濾波器都有紋波。切比雪夫濾波器的紋波誤差量級為2△A_MAX。

圖1：WEBENCH濾波器設計器重要模擬濾波器參數

濾波器響應超出fc時(shí)，它會(huì )通過(guò)過(guò)渡帶降至阻帶區域。濾波器近似法（巴特沃茲、貝塞爾和切比雪夫等）決定過(guò)渡帶的帶寬和濾波器的階數（M）。傳輸函數的極點(diǎn)數決定濾波器階數。例如，如果某個(gè)濾波器的傳輸函數內有3個(gè)極點(diǎn)，則其為一個(gè)三階濾波器。

一般而言，當更多極點(diǎn)用于實(shí)現濾波器設計時(shí)過(guò)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、抗鋸齒濾波器應有“磚墻”式響應，并且過(guò)渡帶極小。實(shí)際而言，這并不是最好的抗鋸齒方法。進(jìn)行有源濾波器設計時(shí)，每?jì)蓚€(gè)極點(diǎn)就要求有一個(gè)運算放大器。例如，32階濾波器要求16個(gè)運算放大器、32個(gè)電容器和多達48個(gè)電阻器。

圖2：巴特沃斯濾波器極點(diǎn)數增加帶來(lái)更加明顯的轉降

模擬濾波器近似計算類(lèi)型

圖3顯示了WEBENCH濾波器設計器觀(guān)察屏幕的解決方案窗口中一些可用的低通濾波器類(lèi)型。用戶(hù)點(diǎn)擊“開(kāi)始濾波器設計”按鈕（圖1）以后，出現該屏幕。

圖3：WEBENCH濾波器設計器的低通濾波器類(lèi)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(lèi)型。查看量級和頻率域對比以及量級和時(shí)域對比情況以后，可以知道濾波器類(lèi)型。