有源RC带通滤波器设计方案.pdf

"有源RC带通滤波器设计方案.pdf" 本文档介绍了有源RC带通滤波器的设计方案，涵盖了滤波器的设计指标、性能指标、设计步骤等方面的内容。 一、功能指标： 1. 通带带宽(Bandwidth)：滤波器通过截止信号的频率界限，通常用绝对频率表示，也可用中心频率和相对带宽等值表示。中心频率为200KHz，带宽为25KHz。 2. 通带纹波(Passband Ripple)：把通带波动的最高点和最低点的差值作为衡量波动剧烈程度的参数，即是通带波纹。通带波纹导致对于不同频率的信号放大的增益倍数不同，可能输出信号波形失真。 3. 阻带抑制(Stopband Rejection)：即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带范围内陡峭的下降。 4. 通带增益(Passband Gain)：有用信号通过的能力。无源滤波器产生衰减，有源滤波器可以产生增益。 5. 群时延(Group Delay)：定义为相位对频率的微分，表征不同频率的信号通过系统时的相位差异。 二、性能指标： 1. 运算放大器的增益带宽积(GBW)：对于滤波器的性能来讲，起到了至关重要的作用。如果设计得到的GBW较小不满足要求，则滤波器将在高频频段出现增益尖峰。 2. 电流功耗：主要是单个运放的功耗。 3. 示例：带宽为2MHz的有源带通滤波器所采用的运放，1.8V电源电压下，消耗的电流为310uA，中频电压增益为65dB，增益带宽积GBW为160MHz，相位裕度为55度，驱动负载为100K欧，2pF。 4. 本项目电源电压3.3V，GBW至少10.625MHz，负载1M欧，10pF，相位裕度大于80，电流<250uA。 5. 共模电平，一般设置为电源电压的一半。 6. 考虑到电源电压浮动，按最小电源电压的一半设计，拟设计为1.5V。 7. 输入输出差分电压摆幅，最好是满摆幅。 8. 噪声，来自电阻和运放，值得注意的是，构成高阶滤波器的各个Biquad位置放置不同，噪声也会不同，适当时候也可以引进全通单元放第一级来抑制噪声（全通还被用来平衡群延时）。 9. 线性度，也是滤波器的一个重要的性能指标，在模拟基带电路中，一般用THD总谐波失真来衡量，也有看输入1dB压缩点的。 10. 稳定性，分两种，一种是涉及到振荡的稳定性，需要仔细设计运放，并关注极点和稳定性圆的关系来避免振荡；另外一种是随工艺和温度偏差带来的频率偏移，需要片上自调谐电路来修正。 二、设计步骤： 1. 电路分析：根据所要实现的系统指标、结构特点以及约束条件，来决定所采用的滤波器类型、基本电路结构、传递函数的类型以及阶数等基本参数。 2. 曲线逼近：理想的滤波器传输函数为矩形窗，而实际滤波器的设计是由不同的有理函数来逼近，均有一定的滚降系数。阶数越大，窗口越陡峭。而不同的滤波器函数则有不同的特点，Butterworth有最佳的带内平坦度，而Chebyshev则有较强的阻带衰减。 3. 电路综合：根据曲线逼近所得到的传输函数，采用相应的电路结构，计算相应的元件参数。要注意系统中各种约束条件，以及器件的非理想性对函数曲线的影响。 a) 运放设计： b) 低通滤波器设计： c) 频率搬移： d) 自调谐系统设计 通过对有源RC带通滤波器的设计方案的研究，我们可以更好地理解滤波器的设计原理和方法，从而提高滤波器的性能和稳定性。