还在为如何为滤波器选择正确的放大器而困扰?烦恼终结者—模拟滤波器向导设计工具!

还在为如何为滤波器选择正确的放大器而困扰?烦恼终结者—模拟滤波器向导设计工具!

作者:Kushwanthi Padmanabhuni

器件选择对电路设计来说至关重要。在最终开始生产前,通过仿真和原型制作验证器件选择是否正确极为重要。

您对在设计中选择了合适的元件有多大自信呢?如果在仿真前有个工具能精调您的选择会怎么样?

模拟滤波器向导就是这样一种用于现实运算放大器的实用设计工具。这款工具让您不必再苦寻滤波器建议,助您设计出具备所需特性的低通、高通或带通滤波器,且准备时间更短(图1)。

图1. 滤波器类型。

图1. 滤波器类型。

此外,它提供了对滤波器的理论预期和实际性能的严谨分析。

那么,它的工作原理是什么呢?这些建议只是基于通带和阻带定义吗?不,远不止于此。它涵盖了从定义特性到滤波器响应特性的整个过程,如图2所示。您可以通过这个选项选择滤波器响应的类型(如巴特沃兹、贝塞尔、切比雪夫等),定义从通带到阻带的转换。您还可以在较少级电路拓扑或快速建立电路拓扑间做选择。

图2. 在幅度视图定义特性。

图2. 在幅度视图定义特性。

通过各种可用视图(例如幅度相位阶跃响应功率和噪声),模拟滤波器向导工具让您可以检查特征参数更改时的性能变化。如图2和图3所示,幅度和相位视图可以帮助您了解信号的相位和幅度影响。

图3. 相位视图

图3. 相位视图

视图显示了运算放大器滤波器各级特征参数及其特性(图4)。这个视图便于分级了解滤波器。

图4. 滤波器级视图。

图4. 滤波器级视图。

过冲和振铃定义波形的失真,这可通过从阶跃响应视图(图5)获得的滤波器阶跃响应进行分析。

图5. 滤波器的阶跃响应。

图5. 滤波器的阶跃响应。

理论特性确定后,下一步就是电路设计,如图6所示。这时,模拟滤波器向导工具根据指定的优化类型(如功率、噪声或电压范围)给出建议。您可以选择使用建议器件或自己选择。

图6. 元件选择。

图6. 元件选择。

虽然模拟滤波器向导工具按所需特性选择了最合适的器件,但是找到并使用和建议完全一致的器件可能很难或不切实际。因此,您可以通过元件容差功能灵活选择电阻和电容容差(图7)。同时,您还可以查看调整容差对滤波器性能的影响。

图7. 定义元件容差。

图7. 定义元件容差。

图8显示了使用正确放大器的最终电路设计,以便您进行电路仿真或原型制作。

图8. 最终电路。

图8. 最终电路。

模拟滤波器向导工具非常实用,可以让您在每个步骤(从定义滤波器特性到定义公差)检查滤波器的性能优化。这些功能有助于在流程的每一步精调您的设计。同时它们也提供了更高的灵活性,通过更少的迭代次数获得最佳设计,从而节省宝贵的精力。

点击以下链接,亲自尝试使用工具!
analog.com/designtools/cn/filterwizard/

测验:

问题1:

设计一个两级低通巴特沃兹滤波器,具备以下特性:1 MHz截止频率、3 MHz阻带和0 dB增益。按低噪音和±5 V电源要求来优化您的设计。使用工具推荐的默认元件容差和放大器。

滤波器的总静态功耗是多少?

问题2:

设计一个通带纹波为0.08 dB的两级低通四阶切比雪夫滤波器,以及一个具备相同特性的四阶巴特沃兹滤波器,并比较两者。

哪个滤波器过渡带更窄?

您可以在学子专区博客上找到问题答案。

关于作者

Kushwanthi Padmanabhuni是欧洲中央应用中心的应用工程师,为精密测量和仪器仪表提供支持。她于2015年8月作为应届培训生加入ADI公司,工作地点在慕尼黑。她拥有机械电子硕士学位和电子与通信工程学士学位。