有源滤波器的设计

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1、AN10001广西大学计算机与电子信息学院电子协会Rev.01—25July2009ApplicationnoteDocumentinformationInfoContentKeywords低通滤波器运算放大器Abstract本文介绍了低通滤波器的基本概念，并从实用的角度介绍了设计低通滤波器的设计方法以及注意事项作者：黄世玲指导：何华光广西大学计算机与电子信息学院电子协会AN10001模拟电路系列RevisionhistoryRevDateDescription010120090725初始版本ApplicationnoteRev.012

2、5July2009广西大学计算机与电子信息学院电子协会AN10001模拟电路系列1.Introduction模拟低通滤波器是电子电子线路的一个重要部分，随着数字技术的发展，数字滤波器的使用越来越广泛，但是模拟滤波器仍占据着不可替代的重要位置。模拟滤波器广泛的应用于各种模拟，混合型电路中，例如ADC电路的输入前端处理2.滤波器的基本参数实际滤波器的基本参数如下图所示：通带纹波在一定频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化。其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比,越小越好,一般应远小于-3dB。巴特沃斯滤波器和贝塞尔滤波器没有通带纹波

3、。截止频率Fc指的是滤波器响应曲线在通带内下降到误差带以外的频率点（在巴特沃斯滤波器中称为3dB点）阻带频率Fs滤波器响应曲线在阻带内达到最小衰减的频率点。ApplicationnoteRev.0125July2009广西大学计算机与电子信息学院电子协会AN10001最小阻带衰减阻带内最小信号衰减。3.有源滤波器与无源滤波器典型的无源滤波器有RC滤波器和LC滤波器。无源滤波器具有成本低廉，设计方便的优点，但是也存在不少缺点：1、在低频段，电容值和电感（或电阻值）都比较大，造成体积和成本的上升，例如使用漆包线绕制的电感，其圈数急剧上升，必

4、须加入磁芯。2、无源滤波器的输出阻抗大，接入负载后容易产生负载效应，影响滤波器的性能。使用有源滤波器可以有效的解决这些问题，并且可以获得良好的滤波器性能。而在高频段，电容值和电感（或电阻值）都比较小，元器件体积小，成本较低，例如电感可以使用漆包线简单绕制，适宜使用无源滤波器。一般截止频率在1MHz以下的滤波器可以使用有源滤波器，高频滤波则使用无源滤波器。图1典型的无源二阶RC低通滤波器4.最常用的几种滤波器大自然是公平的，有些人IQ很好，但是EQ不行，反之亦然。同样的，滤波器也是如此。我们研究滤波器主要从频域和时域两个方面来研究，有的滤

5、波器在频域表现良好，但是在时域（瞬态响应）就不行。这里需要说明一下：频域表现良好就是说该滤波器的幅度分辨率好，即区分期望信号和其他带外信号以及噪声的能力强。瞬态响应良好就是说该滤波器具有较小的过冲和较快的振铃衰减。在大多通信系统中，滤波器的瞬态响应是必须考虑的实际问题。切比雪夫滤波器是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器以瞬态响应的恶化为代价提高了幅度响应的性能。贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器有通带的线性相位特征，因此具有优异的瞬态响应特

6、性，这也意味着它的频域响应性能相对较差（过渡带比巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器要宽）。巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。巴特沃斯滤波器是以通带和阻带之间相对较宽的过渡带和差强人意的瞬时特征为代价，换取通带最大平坦度。巴特沃斯滤波器是一种折中的选择。从贝塞尔滤波器到巴特沃斯滤波器再到切比雪夫滤波器，幅度分辨能力逐次提高，同时瞬态特性依次变差。ApplicationnoteRev.0125July2009广西大学计算机与电子信息学院电子协会AN10001下图是巴特沃斯

7、滤波器（左上）和同阶第一类切比雪夫滤波器（右上）、由图可见，巴特沃斯滤波器的衰减速度比其他类型滤波器缓慢，但十分平坦，没有幅度变化。图形资料来自网页：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%B4%E7%89%B9%E6%B2%83%E6%96%AF%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8解释：高通，低通，带通滤波器是按滤波器的功能进行分类，贝塞尔滤波器，巴特沃斯滤波器，切比雪夫滤波器是按照滤波器的实现方法来分类的。于是就有巴特沃斯低通滤波器，巴特沃斯滤波高通滤波器等。滤波器的陡峭程度定义为滤

8、波器的“阶”。图2一阶至五阶巴特沃斯低通滤波器5.最常用的两种滤波器电路结构下图是萨伦-基（Sallen-Key）低通滤波器。萨伦-基电路，又名压控电压源，是应用最为广泛的滤波器电路结构之一Applicat