第5讲2. 电子系统设计 模拟滤波器设计.ppt

一阶RC高通无源滤波器的仿真图 一阶RC低通无源滤波器幅频特性曲线 练习 设计一带宽为100Hz~40kHz的RC滤波器 计算过程？ 频率特性曲线 无源滤波器 无源滤波器：由无源器件R、C和L组成。 优点：设计简便。 缺点：通带为低频时，L体积和重量大；滤波效果不理想，边沿不陡；带载能力差；不能对信号放大。 有源滤波器：由无源器件R、C和运算放大器组成。 优点：滤波效果好；带载能力强（运放输出阻抗低）；能提供一定增益。 缺点：设计较复杂，成本较高。 三种滤波器的特点 Bessel（贝塞尔滤波器）拥有最平坦的通频带和最缓的截止速率。 Chebyshev（切比雪夫滤波器）拥有最陡的截止速率，但通频带起伏较大。 Butterworth（巴特沃斯滤波器）的性能为前两者的折中，性能方面没有明显的缺点，得到广泛应用。 有源滤波器的阶数与品质因素Q 若有源滤波器传递函数中分母的最高次数是n，则源滤波器即是n 阶的。从电路来看，有源滤波器中电容的数目也等于阶数。 品质因素Q，也称为滤波器的截止特性系数，Q值决定了滤波器在f=fc附近的频率特性。 二阶Sallen-Key（同相输入） ，其中放大倍数AUP=1+R2/R1，由于一般地，Q0，所以放大倍数AUP3。 滤波器的电路结构 无限增益多重反馈滤波器(MFB)电路 滤波器的电路结构 电压控制电压源（Sallen-Key）电路 滤波器的电路结构 无限增益多重反馈滤波器(MFB) 反相滤波器 优点：Q值、截止频率对元器件改变的敏感度较低，增益大 缺点：输入阻抗低，增益精度不高 Sallen-Key型滤波器 同相滤波器 优点：输入阻抗高，增益精度高（增益设置与滤波电阻电容无关） 缺点：增益有限（一般地，二阶时，放大倍数3） 典型滤波器的设计（4大要素） 设计中的考虑原则 电路类型选择 MFB型和Sallen-Key各有优缺点，根据实际选用。设计通带较宽的带通滤波器时，可用低通和高通合成，这样比带通滤波器好。 阶数选择 阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。 运放的要求 输入信号较小（如10mV）时，应选用低漂移（VOS）运放。 GBW100×Gain×fc 压摆率SR2∏×VOPP×fc （VOPP为输出信号电压峰峰值） 六、实验内容及步骤 1.利用FilterPro设计语音信号滤波器 下面我们以语音信号低通滤波为例，介绍一下利用FilterRro设计RC有源滤波器的方法。 六、实验内容及步骤 设计要求： 设计一个RC有源低通滤波器， -3db（ 20lg（Vo/Vi）=-3；Vo/Vi=0.707）截止频率20khz -45db（20lg（Vo/Vi）=-45；Vo/Vi=1/178） 频率100khz 下面是FilterPro的设计步骤： 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 六、实验内容及步骤 3.实验验证 TL084的vcc+和vcc-分别取：±10v； 六、实验思考题 七、开关电容滤波器原理及应用 开关电容滤波器（Switched-Capacitor Filter，SCF）是利用开关电容网络和运放构成的滤波器。 开关电容网络通过MOSFET开关周期性地作用于MOS电容来模拟电阻。 开关电容滤波器可以提供稳定的截止频率或中心频率。 七、开关电容滤波器原理及应用 开关电容滤波器的基本原理 七、开关电容滤波器原理及应用 开关电容能模拟成电阻： 开关电容相当于一个电阻。开关电容能模拟成电阻，解决了模拟集成电路制造中的一个关键问题。因为在集成电路制造过程中，电阻常常受到容差和热漂移所困扰，而且要占据昂贵的芯片面积。 七、开关电容滤波器原理及应用 开关电容积分器 用开关电容代替积分器中的电阻 七、开关电容滤波器原理及应用 将式（2.2-6）代入式（2.2-8）可得： 结论：? 电路中没有电阻。? 特征频率ω0取决于电容比值。 特征频率ω0与时钟频率fS成比例。 七、开关电容滤波器原理及应用 开关电容滤波器 七、开关电容滤波器原理及应用 单片集成开关电容滤波器应用 单片集成滤波器大都是SCF。原因是它的时间常数取决于电容化集成工艺，可实现高精度和高稳定度的电容比。 七、开关电容滤波器原理及应用 单片集成开关电容滤波器应用 七、开关电容滤波器原理及应用 TL14——巴特沃斯四阶低通开关电容滤波器 （1）低成本、易用；? （2）滤波器的截止频率取决于外部时钟频率；? （3）截止频率范围从0.1Hz至30kHz。 ? 七、开关电容滤波器原理及应用 TLC14截止频率fc取决于时