干货周记:模拟滤波器设计指南(番外篇11)

董昭聊科技 2024-07-08 12:15:06

本来咱的“干货周记”,是个重在分享市场洞察(消费电子和汽车电子)系列。没曾想,这几个番外篇整下来,快搞成“技术杂谈”了。

不管三七二十一,这期,咱先把前面挖的“模拟滤波器”的坑给填上。和上期一样,咱不做理论推导,只提供一些,可直接上手的工程经验,权当“模拟滤波器设计”的一个基本参考。

提到模拟滤波器,先推荐本书:《测量电子电路设计-滤波器篇》。这也是多年前,Roy刚参加工作时,一位前辈师兄推荐的,很有实战干货。作者“远坂俊昭”在电子电路方面的功力,也是相当深厚。

多年后,虽然咱早已不做技术,但每次捧起这本书时,都还能回想起,当年示波器上的那个,干净漂亮的6KHz正弦波...

言归正传,模拟滤波器一般咋分类?“模拟滤波器”的处理对象,是连续时间的模拟信号。虽没“数字滤波器”那么“花哨”,但按不同维度,模拟滤波器也有好多分类,咱这儿啊,只聊主线任务:

按是否含有源器件分,有以下两类:

一、无源滤波器:由电阻(R)、电容(C)、电感(L)组成的滤波网络,不含有源元件。再细分,还有L型、Pi型滤波等,它的好处是成本低,只需要一些分离元器件即可,缺点也很明显:对负载的阻抗比较敏感。

二、有源滤波器:主要由运放和R、C组成(通常不用电感)。好处是,有了运放的加持,其实现了输入和负载之间的阻抗隔离。使得其滤波特性不那么容易受负载端的影响。

按幅频或相频特性分,也有不少类,比如咱耳熟能详的“巴特沃斯”、“切比雪夫”等,这些不同类型的“模拟滤波器”,在电路架构上基本都一样,具体是哪类滤波器,主要由不同的R、C取值决定。这在其数字投影“IIR”那边也类似,传函形式基本都相同,滤波器类型,主要由不同的系数取值决定。

上面是Roy之前设计的一个贝塞尔滤波器,接驳DAC输出用的。下面咱再简单列几个常见的,其大致优缺点如下

巴特沃思滤波器:通带特性很平坦,但截止和相位特一般,比较通用。

切比雪夫滤波器:通带内有等波纹,截止特性很好,但相位和群延时特性一般,适用于对衰减要求高的场合。

贝塞尔滤波器:相位比较线性,相位失真小,但截止特性和频率选择性一般。比较适合音频类应用。

椭圆滤波器:通带内和阻带内都有等波纹起伏,截止特性非常好,过渡带也非常窄,但对器件要求严格(其零极点位置对元件值较为敏感)。

勒让德滤波器:介于巴特沃斯和切比雪夫之间,有类似“巴特沃思”的通带平坦度和“切比雪夫”的过渡带特性,且可用小器件值来实现,但相位群延迟特性略差。

它们就像不同风格的兵器,等待着主人的召唤。当然根据不同的电路结构,还有“Sallen-Key”、“多重反馈”等结构,这里咱就不赘述了。

对了,如之前所说,模拟滤波器和IIR一样,都需要考虑稳定性,设计模拟滤波器时,其零极点的摆放很关键(尤其是椭圆滤波器),否则一不留神,就可能会“越界”,而出现不稳定问题。

无论怎么说,每种类型都有优缺点,咱还是得根据不同场合的需求,去选择合适的滤波器类型。

实操“干货”经验分享

下面的干货,主要是实战工程经验分享,包括常见的“有源”和“无源”滤波器,包括滤波器设计目标,以及它们的参数选择与计算方法。为了节省时间,Roy就把N年前的笔记,直接拍照pull出来了:

虽说这年头,“数字滤波器”早已普及,但“模拟滤波”在很多场合,依然有它独特的优势,发挥着不可替代的光芒。

写到这,咱终于算是把“模拟滤波器“这块拼图,给补上了,其实相关话题,再写十期都写不完。咱才疏学浅,也早都不是专业人士了,只能蜻蜓点水,点到为止了 。

End

Roy个人观点,仅供参考。

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