新聞中心

EEPW首頁 > 技術(shù)方案 > 關(guān)于多級低通有源濾波器的增益及Q值排序的深入思考

關(guān)于多級低通有源濾波器的增益及Q值排序的深入思考

作者:Michael Steffes 時間:2011-10-17 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  這里我們可以開始研究使用 VFA 器件構(gòu)建的簡單二階 SKF 實(shí)現(xiàn)更高 Q 值和更高放大級增益所需的某些極端乘數(shù)。舉例來說,如果增益為 10、Q 值為 1,本曲線說明我們需要增益帶寬積至少為 215 的放大器。在 Fo 為 1KHz 時,這個要求并不難實(shí)現(xiàn)。但是如果 Fo 大于 1MHz,就會比較困難。這就是為什么具有級增益的更高速 SKF 傾向于使用 CFA 運(yùn)算放大器的原因。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/124645.htm

  設(shè)計(jì)一款實(shí)用、分立式運(yùn)算放大器的多級有源要求每一級的帶寬只要滿足本級的需要即可。一般來說,過大的帶寬裕量是有代價(jià)的,或會增加功耗,或會增加購買成本。此外,在某種程度上各級的帶寬和壓擺率要求能夠保持在大致相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),還可以使用由統(tǒng)一基礎(chǔ)放大器型號構(gòu)成的多通道器件來實(shí)現(xiàn)多級。在理想條件下,可以通過在圖 2 或者圖 3 上畫一條水平線來獲得完全相同的帶寬要求,然后使用參數(shù)曲線的交叉點(diǎn)來設(shè)置每一級的增益和 Q 值。然而,這種直觀的解讀足以滿足我們的需要。這些曲線明確地說明,隨著一級 Q 值或者 Fo 的增加,該級分配的增益應(yīng)該減少。但 Butterworth 除外。因?yàn)?Butterworth 濾波器的每一級 Q 值都相等,在濾波器大于三階的情況下,每級的 Fo 都會發(fā)生變化。多數(shù)典型的低通濾波器的形態(tài)是 Fo隨 Q 值增大。這使所需放大器的帶寬受到的影響大于 Q 值相關(guān)性受到的影響(如圖 2 和圖 3 所示),但很大程度上要取決于所選擇的特定濾波器的形狀。

  下面將舉例說明這種影響。以一個六階、0.5 度等紋波相位低通濾波器為例。該濾波器 Fcutoff 為200KHz,總體增益為 10。我們增加增益,每級的 Q 值隨之下降,然后反向操作,從高增益降為低增益,然后將每種方法估算的最低放大器帶寬和增益帶寬積記錄在表格里。后者對是否只能對這些級采用 VFA 非常重要。該濾波器形狀在輸出端具有非常出色的低過沖階躍響應(yīng),但在濾波器內(nèi)部各級會產(chǎn)生一定程度的振鈴和過沖現(xiàn)象。

  圖 4 所示的設(shè)計(jì)按照參考資料 1 的思路,共分為三級。Q 值最高的一級放在第一級,增益最低;中間一級 Q 值略低,增益略比第一級大;最后一級 Q 值最低,增益最大。可見從左到右 Fo 逐漸減小,增益逐漸變大。

  

 

  圖 4. 此增益和 Q 值分配更為接近帶寬和壓擺率要求

  另外,我們也可以采用更為常見的方式來設(shè)計(jì),將第一級的增益最大,逐級遞減。一般來說,這樣可以提供更低的輸入?yún)⒖荚肼?。這對低頻率來說是可行的,但不會像想象的那樣對整體輸出噪聲產(chǎn)生太大影響。圖 5 所示為同樣的濾波器標(biāo)準(zhǔn),三級增益分別按 5、2、1 排序,實(shí)現(xiàn)了相同的整體濾波器形態(tài)。同時 Q 值和 Fo 排序從輸入到輸出也呈現(xiàn)出由高到低的態(tài)勢。

  

 

  圖 5. 使用更常見的設(shè)計(jì)流程的增益和 Q 值分配

  使用生成上面圖表的算法,我們可以把估算的最低放大器帶寬乘以該機(jī)增益,得到每一級所需的增益帶寬積,并制成表格。雖然這種算法只在參考資料 1 中有所提及,但大多數(shù)設(shè)計(jì)工具有類似的 Fo、Q 值和增益算法計(jì)算所需的放大器帶寬,因此得出的結(jié)果也是類似的。我們還可以計(jì)算出每一級所需的壓擺率峰值。具體計(jì)算將在后文介紹。我們這里的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn) 4Vpp 的最終輸出擺幅,通過綜合每一級輸出的標(biāo)稱擺幅和 Q 值較高級的過沖階躍響應(yīng)導(dǎo)致的 dV/dT 峰值增大,我們可以估算出所需的壓擺率峰值。

  

 

  上述表中文字

  

 

  6. 所需的增益帶寬積和壓擺率的比較

濾波器相關(guān)文章:濾波器原理


濾波器相關(guān)文章:濾波器原理


低通濾波器相關(guān)文章:低通濾波器原理


電源濾波器相關(guān)文章:電源濾波器原理


數(shù)字濾波器相關(guān)文章:數(shù)字濾波器原理


關(guān)鍵詞: inteersil 濾波器

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉