電路設計論壇—濾波電路設計第1頁/共46頁內容提要濾波器的基本概念無源濾波器設計有源濾波設計開關電容濾波器第2頁/共46頁濾波器的基本概念濾波器的定義保留輸入信號中的某些頻率成分，抑制其它頻率成分的電路。濾波器的分類

?按頻率特性分：低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)、帶阻(BEF)；

?按信號處理方式分：模擬濾波器、數字濾波器；

?模擬濾波器：無源濾波器、有源濾波器。第3頁/共46頁濾波器的基本概念模擬濾波與數字濾波

?模擬濾波：完全用模擬電路實現的濾波方法；

?數字濾波：將模擬信號轉換為數字信號后，用軟件實現的濾波方法，屬于數字信號處理的內容。無源濾波器與有源濾波器

?無源濾波器：由無源元件R、L、C組成的濾波器；

?有源濾波器：由集成運放和無源元件R、C組成的濾波器。第4頁/共46頁濾波器的基本概念濾波器的描述方法——頻率特性曲線低通(LPF)第5頁/共46頁濾波器的基本概念濾波器的描述方法——頻率特性曲線高通(HPF)第6頁/共46頁濾波器的基本概念濾波器的描述方法——頻率特性曲線帶通(BPF)第7頁/共46頁濾波器的基本概念濾波器的描述方法——頻率特性曲線帶阻(BEF)第8頁/共46頁濾波器的基本概念三種濾波器特性

?從頻率響應和時間響應的角度劃分；

?同一濾波器結構、不同濾波器參數。?巴特沃斯(Butterworth)?切比雪夫(Chebyshev)?貝塞爾(Bessel)第9頁/共46頁濾波器的基本概念三種濾波器特性?巴特沃斯——最大平坦第10頁/共46頁濾波器的基本概念三種濾波器特性?切比雪夫——更加陡峭第11頁/共46頁濾波器的基本概念三種濾波器特性?貝塞爾——更好的群延遲和階躍響應特性?群延遲：相移對頻率的導數。

如果群延遲在不同頻率處為常數，則包含不同諧波成分的輸入信號通過濾波器后的波形不變。第12頁/共46頁濾波器的基本概念三種濾波器特性?貝塞爾——更好的群延遲和階躍響應特性?階躍響應：輸入階躍信號時濾波器的響應。

要求延遲小、過沖小、振蕩次數少。第13頁/共46頁無源濾波器的設計最簡單的RC濾波器第14頁/共46頁無源濾波器的設計一階RC低通A萬能曲線第15頁/共46頁無源濾波器的設計一階RC高通A萬能曲線第16頁/共46頁無源濾波器的設計一階RC低通B萬能曲線第17頁/共46頁無源濾波器的設計一階RC高通B萬能曲線第18頁/共46頁無源濾波器的設計RC濾波器的級聯第19頁/共46頁無源濾波器的設計無源濾波器的應用?濾除高頻噪聲第20頁/共46頁無源濾波器的設計無源濾波器的應用?模數轉換中防頻率混疊?采樣定理：為了保證能從采樣信號中將原信號恢復，采樣頻率必須滿足條件fs≥2fi(max)

?若信號頻率f，采樣頻率fs，采樣后的信號中包含頻率成分：f、fsfs-f、fs+f2fs-f、2fs+f、……第21頁/共46頁無源濾波器的設計無源濾波器的應用?模數轉換中防頻率混疊?措施1：過采樣。采樣頻率必須滿足條件fs≥2fi(max)

?措施2：在采樣前，用LPF將信號中不關心的高頻部分濾去。Fs只要大于關心的最高頻率的2倍即可。第22頁/共46頁無源濾波器的設計無源濾波器的應用?用于負反饋放大電路相位補償第23頁/共46頁有源濾波器的設計有源濾波器概述?無源濾波器的缺點特性受負載的影響；此外，濾波器級聯時，各級的參數設置不獨立。第24頁/共46頁有源濾波器的設計有源濾波器概述?最簡單的有源濾波器?一階RC低通+同相比例運算電路?各級濾波器參數的設置相互獨立?用放大電路調節(jié)濾波增益第25頁/共46頁有源濾波器的設計有源濾波器概述?有源濾波器的局限性

運算放大電路本身也有頻率響應，因此有源濾波一般用于低頻信號處理，高頻信號處理還得用無源濾波。第26頁/共46頁有源濾波器的設計二階低通有源濾波器設計?簡單二階有源LPF過渡性質隨著級數的增加而變差。第27頁/共46頁有源濾波器的設計二階低通有源濾波器設計?正反饋型二階有源LPF第28頁/共46頁有源濾波器的設計高階低通有源濾波器設計?根據需要確定濾波器類型；?根據衰減量要求確定濾波器階數；?以正反饋型二階有源LPF為基本單元，逐級追加，奇數階以一階有源LPF補齊。?濾波器參數根據“低通濾波器設計用歸一化表”確定。第29頁/共46頁有源濾波器的設計高階低通有源濾波器設計?

低通濾波器設計用歸一化表第30頁/共46頁有源濾波器的設計高階低通有源濾波器設計?

低通濾波器設計用歸一化表第31頁/共46頁有源濾波器的設計5階巴特沃斯LPF的算例(fc=10kHz)增益為1的正反饋型一階有源LPF。第32頁/共46頁有源濾波器的設計5階巴特沃斯LPF的算例(fc=10kHz)第33頁/共46頁有源濾波器的設計5階巴特沃斯LPF的算例(fc=10kHz)第34頁/共46頁有源濾波器的設計狀態(tài)可調濾波器反相輸入LPF第35頁/共46頁有源濾波器的設計狀態(tài)可調濾波器第36頁/共46頁開關電容濾波器開關電容第37頁/共46頁開關電容濾波器開關電容構成的一階有源低通濾波器第38頁/共46頁開關電容濾波器集成開關電容濾波器——MAX260、261、262第39頁/共46頁開關電容濾波器集成開關電容濾波器——MAX260、261、262方式一方式二方式三方式四第40頁/共46頁開關電容濾波器集成開關電容濾波器——MAX260、261、262260soft第41頁/共46頁開關電容濾波器集成開關電容濾波器——MAX260、261、262FoandQParameterSolutions第42頁/共46頁開關電容濾波器集成開關電容濾波器——MAX260、261、262第43頁/共46頁開關電容濾波器集成開關電容濾波器——MAX260