关于多级低通有源滤波器的增益及Q值排序的深入思考

  作者:Michael Steffes 时间:2011-10-17来源:电子产品世界

  相比之下,设计 2 的阶跃响应在级间出现了削波,导致非常不理想的仿真响应结果。这是因为第一级的增益较大导致设计中较早出现了大摆幅。如图 8 所示,仿真中宏模型正确的预计到第二级的输出会出现削波,而最后一级将其干净地滤除了。

  

 

  图 8. 设计 2 的阶跃响应出现削波

  这明显比设计 1 的效果差。虽然这是个有些极端的例子,但这也确实说明了用最后一级增益适度来降低级间削波风险的重要意义。

  多级滤波器 Q 值排序对噪声增益峰值的考虑

  对曾经测量过 SKF 滤波器输出噪声频谱的人来说,都会有些惊讶地发现噪音峰值有多么高。SKF 滤波器的一项最不为人注意的特性是其高峰值噪声增益在某种程度上可以通过认真选择电阻值来减轻。

  运算放大器线路的“噪声增益”指输出电压与差分输入电压的分压比的倒数。这说明的是运算放大器自身的输入噪声电压到输出端的增益的频率响应。同样它还是运算放大器开环增益与该噪声增益的比,即 SKF 滤波器内部通带频率上的环路增益。这是极为有用的因子,它说明环路增益越大,谐波失真越低。因此,出于多种原因考虑,应了解并尽力降低 SKF 的噪声增益峰值。

  等式 3 所示的是图 1 二阶低通 SKF 滤波器的噪声增益拉普拉斯传递函数的基本形式。分子是一个二次多项式,实数零分布在较宽的范围内(一个小于 ω0,一个大于 ω0),但分母的极点是滤波器需要的极点。这个分母的表达式实际上是导入增益元件后的无源2 R和2 C电路的极点等式(将图 1 中的放大器从电路中去除,让 C2 接地,就可以得到 C2 之上的从输入到输出端的传递函数,而这个表达式的极点就是 SKF 噪声增益表达式的分母)。

  等式 3 噪声增益à

 

  分子等式与所需的滤波器响应一致。如果我们在分母的线性系数中增减 Ko/R2C2 项,然后按滤波器指标项重写等式,我们会发现实际上我们在噪声增益响应方面没有多少裕量。

  等式4 滤波器指标项的噪声增益à

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关键词: inteersil 滤波器

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