低通模拟滤波器的设计方案_技术

　　几乎所有电子电路中都能看到有源模拟滤波器的身影。音频系统使用滤波器进行频带限制和平衡。通信系统设计师使用滤波器调谐特定频率并消除其它频率。为了使高频信号衰减，所有数据采集系统都在模数转换器（ADC）前面有一个抗锯齿（低通）滤波器，或者在数模转换器（DAC）后面有一个抗镜像（低通）滤波器。这种模拟滤波还可以在信号到达ADC之前或者离开DAC之后，消除叠加在信号上面的高频噪声。如果ADC的输入信号超出转换器采样频率的一半，则该信号的大小被可靠地转换；但是，在其变回数字输出时，频率也发生改变。

　　利用TI的WEBENCH 滤波器设计器软件，可以高效地设计出低通、高通、带通或者带阻滤波器。这种应用程序替代了TI的FiLTErPro 和以前国家半导体的WEBENCH有源滤波器设计器软件。在生成有源滤波器时，它使用这些程序和公式。但是，它允许深度调节各种滤波器变量，优化滤波器，为滤波器电路寻找到正确的TI运算放大器（op amp），并具有SPICE模拟功能，比上面两个程序更加强大。

　　低通模拟滤波器的重要设计参数

　　低通模拟滤波器的频域规范包括4个基础参数：

　　fc，即滤波器的-3-dB截止频率

　　Ao，即滤波器的增益

　　Asb，即阻带衰减

　　fs，即阻带衰减的中断频率

　　图1所示WEBENCH滤波器设计器的滤波器类型窗口列出了这些参数。DC到截止频率（fc）的频率范围为带通区域。图1中Ao为带通响应量级。使用巴特沃兹（Butterworth）或者贝塞尔（Bessel）滤波器时，带通响应可以为扁平，并且无纹波。相反，一直到截止频率，切比雪夫（Chebyshev）滤波器都有纹波。切比雪夫滤波器的纹波误差量级为2△AMAX.

　　图1 WEBENCH 滤波器设计器重要模拟滤波器参数

　　滤波器响应超出fc时，它会通过过渡带降至阻带区域。滤波器近似法（巴特沃兹、贝塞尔和切比雪夫等）决定过渡带的带宽和滤波器的阶数（M）。传输函数的极点数决定滤波器阶数。例如，如果某个滤波器的传输函数内有3个极点，则其为一个三阶滤波器。

　　一般而言，当更多极点用于实现滤波器设计时过渡带变得更小，如图2巴特沃兹低通滤波器所示。理想情况下，低通、抗锯齿滤波器应有“砖墙”式响应，并且过渡带极小。实际而言，这并不是最好的抗锯齿方法。进行有源滤波器设计时，每两个极点就要求有一个运算放大器。例如，32阶滤波器要求16个运算放大器、32个电容器和多达48个电阻器。

　　
图2 巴特沃斯滤波器极点数增加带来更加明显的转降