如何設(shè)計(jì)用于標(biāo)清視頻信道的有源濾波器

表1：測(cè)量電路后計(jì)算出的電阻值

將電路中的電阻變?yōu)楦鶕?jù)電路計(jì)算出來的調(diào)整值(針對(duì)具體的電路，這些值可能會(huì)有差異)。改變電阻值后，再測(cè)量帶寬?，F(xiàn)在的帶寬將會(huì)更接近要求，但可能也不完全正確，不過對(duì)此無需擔(dān)心。濾波器的峰值可能會(huì)比之前略大一些，但這并不會(huì)造成問題。

其次，調(diào)整峰值(即Q值)。濾波器中幾乎所有的峰值都是由第二級(jí)所產(chǎn)生，因?yàn)樵摷?jí)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(diào)整集中在該級(jí)上?？赏ㄟ^減小R1b電阻來調(diào)整峰值。先減小約20%，如果仍然出現(xiàn)峰值，則進(jìn)一步減小阻值。如果阻值減小引起的頻率響應(yīng)太大，則應(yīng)適當(dāng)增加阻值。一個(gè)可使濾波器頻率響應(yīng)波形最接近Butterworth濾波器的好辦法是，觀察-1dB處的頻率并調(diào)整R1b，直到-1dB處的頻率為5MHz(當(dāng)達(dá)到該值時(shí)，頻率響應(yīng)波形應(yīng)當(dāng)干凈、平坦)。通過將R1b值從1.58kΩ減小到1.24kΩ，使得濾波電路中的頻率響應(yīng)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(diào)整峰值后(電阻值應(yīng)基于測(cè)量結(jié)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(cè)量出的頻率響應(yīng)曲線，圖中同時(shí)給出了初始頻率響應(yīng)、調(diào)整頻率后的結(jié)果、調(diào)整峰值后的結(jié)果(最終電路)以及理想Butterworth濾波器的頻率響應(yīng)。

圖2：電路中測(cè)量出的頻率響應(yīng)曲線，包括初始頻率響應(yīng)、調(diào)整頻率后的結(jié)果、調(diào)整峰值后的結(jié)果以及理想Butterworth濾波器的頻率響應(yīng)。

濾波器性能

該濾波器的頻率響應(yīng)測(cè)量結(jié)果如圖2所示(即調(diào)整峰值后的結(jié)果，用紅色曲線表示)，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(yīng)曲線(綠色曲線)。該頻率響應(yīng)結(jié)果是在用本文方法構(gòu)建的電路上測(cè)出的。如圖所示，該濾波器在視頻頻段內(nèi)幾乎不出現(xiàn)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(cuò)。表3概括了該濾波電路的性能細(xì)節(jié)。

表3：一個(gè)理想的6MHz Butterworth濾波電路的性能細(xì)節(jié)

源阻抗和負(fù)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(jì)算第一個(gè)電阻(R1a)的阻值時(shí)將其作為考慮因數(shù)。例如，若源阻抗為150Ω，就要根據(jù)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(qū)動(dòng)以串聯(lián)輸出電阻(圖中為75Ω)端接的線路，從而提供后端終接。后端終接將信號(hào)一分為二，這樣從輸入到線纜遠(yuǎn)端視頻負(fù)載的總增益就變成+1V/V。

電路布局

元件之間應(yīng)盡可能靠近并采用短走線。保持運(yùn)算放大器的輸入短走線比輸出短走線更加重要。注意：要去掉運(yùn)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(dǎo)致運(yùn)算放大器出現(xiàn)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(yīng)波形和帶寬。

本文小結(jié)

采用現(xiàn)代高速運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)用于標(biāo)準(zhǔn)清晰度視頻系統(tǒng)的有源濾波器時(shí)，其設(shè)計(jì)和調(diào)整非常簡(jiǎn)單，采用有源濾波器來替代無源濾波器能節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，同時(shí)大幅提高最終產(chǎn)品的性能。