有源RC带通滤波器方案及对策.doc

有源RC带通滤波器是一种电子滤波电路，它结合了无源RC网络与有源器件（如运算放大器）以实现特定频率范围内的信号选择。这种滤波器广泛应用于通信、信号处理和测试测量等领域，用于隔离特定频率范围内的信号，去除噪声或干扰。 在设计有源RC带通滤波器时，有几个关键指标需要考虑： 1. **通带带宽(Bandwidth)**：这是滤波器允许通过的频率范围。在本例中，中心频率为200kHz，带宽为25kHz，意味着滤波器在200kHz±12.5kHz的范围内具有较高的信号传递效率。 2. **通带纹波(Passband Ripple)**：通带纹波描述了在通带内信号增益的波动，是衡量滤波器性能的重要因素。零巴特沃斯滤波器具有平坦的通带，没有纹波，从而保证信号不失真。 3. **阻带抑制(Stopband Rejection)**：这是指滤波器在阻带内对不需要信号的抑制程度，通常期望其值尽可能大，以实现更陡峭的滚降特性。阻带抑制的度量通常是在通带外某个频率点的衰减值。 4. **通带增益(Passband Gain)**：指滤波器在通带内对信号的放大能力。有源滤波器可以提供增益，与无源滤波器相比，能更好地保持信号强度。 5. **群时延(Group Delay)**：群时延是相位对频率的导数，表示不同频率的信号通过系统时相位差异的时间。理想的滤波器应具有恒定的群时延，以避免信号失真。 性能指标方面，设计滤波器时必须考虑以下几点： 1. **运算放大器的增益带宽积(Gain-Bandwidth Product, GBW)**：GBW决定了运算放大器的频率响应。滤波器的GBW应设定为其工作截止频率的50倍，例如，中心频率为200kHz，带宽为25kHz的滤波器，最高截止频率为212.5kHz，GBW至少应为10.625MHz。 2. **电流功耗**：运算放大器的功耗直接影响滤波器的总功耗。设计时应确保在满足性能需求的同时，降低电流消耗，例如，设计中提到的滤波器在3.3V电源电压下，电流应小于250uA。 3. **共模电平**：通常设置为电源电压的一半，以适应电源电压的波动。在这里，共模电平设计为1.5V。 4. **输入输出差分电压摆幅**：为了保证信号完整传输，最好选用满摆幅。 5. **噪声**：噪声来自电阻和运算放大器，高阶滤波器的噪声性能会因Biquad单元的布局而异，可以利用全通单元来抑制噪声并平衡群时延。 6. **线性度**：线性度是衡量滤波器非线性失真的指标，可以通过总谐波失真(THD)或输入1dB压缩点来评估。 7. **稳定性**：滤波器的稳定性分为两种，一种是防止振荡的稳定性，需要通过精心设计运算放大器和极点配置；另一种是由于工艺和温度变化引起的频率偏移，需要通过自调谐电路进行补偿。 设计步骤包括： 1. **电路分析**：确定系统指标、电路结构和基本参数，如滤波器类型、阶数等。 2. **曲线逼近**：选择适当的滤波器函数（如巴特沃斯、切比雪夫等），以逼近理想的滤波器传输函数。 4. **具体设计**：基于选定的滤波器函数，计算出具体的传递函数，如4阶巴特沃斯滤波器的传输函数。 有源RC带通滤波器设计是一个综合考虑多个性能指标和参数的过程，需要精确计算和优化以达到预期的滤波效果。