利用WEBENCH軟件快速設(shè)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(tǒng)使用濾波器進行頻帶限制和平衡。通信系統(tǒng)設(shè)計師使用濾波器調(diào)諧特定頻率并消除其它頻率。為了使高頻信號衰減，所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）前面有一個抗鋸齒（低通）濾波器，或者在數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）后面有一個抗鏡像（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(zhuǎn)換器采樣頻率的一半，則該信號的大小被可靠地轉(zhuǎn)換；但是，在其變回數(shù)字輸出時，頻率也發(fā)生改變。

利用TI的WEBENCH濾波器設(shè)計器軟件，可以高效地設(shè)計出低通、高通、帶通或者帶阻濾波器。這種應(yīng)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(shè)計器軟件。在生成有源濾波器時，它使用這些程序和公式。但是，它允許深度調(diào)節(jié)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，比上面兩個程序更加強大。

低通模擬濾波器的重要設(shè)計參數(shù)

低通模擬濾波器的頻域規(guī)范包括4個基礎(chǔ)參數(shù)：

●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(shè)計器的濾波器類型窗口列出了這些參數(shù)。DC到截止頻率（fc）的頻率范圍為帶通區(qū)域。圖1中Ao為帶通響應(yīng)量級。使用巴特沃 茲（Butterworth）或者貝塞爾（Bessel）濾波器時，帶通響應(yīng)可以為扁平，并且無紋波。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(shè)計器重要模擬濾波器參數(shù)

濾波器響應(yīng)超出fc時，它會通過過渡帶降至阻帶區(qū)域。濾波器近似法（巴特沃茲、貝塞爾和切比雪夫等）決定過渡帶的帶寬和濾波器的階數(shù)（M）。傳輸函數(shù)的極點數(shù)決定濾波器階數(shù)。例如，如果某個濾波器的傳輸函數(shù)內(nèi)有3個極點，則其為一個三階濾波器。

一般而言，當更多極點用于實現(xiàn)濾波器設(shè)計時過渡帶變得更小，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(yīng)有“磚墻”式響應(yīng)，并且過渡帶極小。實際而言，這并不是最好的抗鋸齒方法。進行有源濾波器設(shè)計時，每兩個極點就要求有一個運算放大器。例如，32階濾波器要求16個運算放大器、32個電容器和多達48個電阻器。

圖2：巴特沃斯濾波器極點數(shù)增加帶來更加明顯的轉(zhuǎn)降

模擬濾波器近似計算類型

圖3顯示了WEBENCH濾波器設(shè)計器觀察屏幕的解決方案窗口中一些可用的低通濾波器類型。用戶點擊“開始濾波器設(shè)計”按鈕（圖1）以后，出現(xiàn)該屏幕。

圖3：WEBENCH濾波器設(shè)計器的低通濾波器類型

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型。查看量級和頻率域?qū)Ρ纫约傲考壓蜁r域?qū)Ρ惹闆r以后，可以知道濾波器類型。