嘗試設計有源濾波器？

如果您需要設計有源濾波器，可能要面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其是在手動完成濾波器計算時。需要考慮的變量非常多。

看看圖 1，您需要解決這些、甚至更多問題。這可能看起來很不可思議，甚至有點自討苦吃，但事實上我已經(jīng)完成了這些類型的計算，而且每種濾波器都會很輕易消耗掉我數(shù)小時的時間。

一個比較好的方法是使用網(wǎng)站上提供的眾多軟件程序之一。這確實是個更為有效的方法，但在開始之前，您需要考慮一下您想用濾波器程序做什么。

我的觀點是根據(jù)個人經(jīng)驗以及對客戶需求的了解，確定工具應包含的內(nèi)容。我們利用這一信息定義 TI最新 WEBENCH 濾波器設計工具(所提供最穩(wěn)健濾波器設計工具之一)的適用范圍。

以下是一些我們確認的重要需求：

●最少要有低通、高通、帶通和帶阻(陷波)濾波器。

●能控制頻率響應以及極數(shù)。

●各類近似濾波器，例如 Bessel、Butterworth、Chebyshev、線性相位和/或 Transitional Gaussian 濾波器。

●不同近似類型間的圖形對比。

●提供實際建議電阻器及電容器值的完整電路圖。

●各種電路拓撲，例如 Sallen-Key 和多種反饋設計。

●針對設計方案確定的適當實際組件。

●最終濾波器電路的 SPICE 仿真模型。

因而讓我們來看看 WEBENCH 濾波器設計工具如何滿足這些需求。

這是您使用該工具的登陸視圖。

您將在頁面的左側(cè)看到工具的入門指導。如果您想直接啟動工具，可繼續(xù)選擇濾波器類型(低通、高通、帶通或帶阻)并點擊“開始設計”。

濾波器設計工具要求頁面

軟件將轉(zhuǎn)入 WEBENCH 濾波器設計工具程序的“濾波器設計工具要求”頁面。在這里，您可選擇具體的濾波器特性(圖 3)。

需要時，您可在該頁改變?yōu)V波器類型(低通、高通、帶通或帶阻 {3.A})。

請注意屏幕右側(cè)濾波器幅度與頻率圖形表示的對比 (3.B)。看看該視圖左下側(cè)，衰減部分允許您在帶阻部分的轉(zhuǎn)角頻率之后編程轉(zhuǎn)角頻率與衰減速度 (3.C)。

另外，還可通過選擇“選擇濾波器響應”按鈕來選擇濾波器階數(shù) (3.D)。

填完所有條目后，您可點擊“啟動濾波器設計”按鈕。

濾波器設計工具觀察器頁面

完成這些選擇后，工具會轉(zhuǎn)入濾波器設計工具觀察器頁面(圖 4)。該頁包含六個面板：優(yōu)化器、改變輸入、調(diào)整結(jié)果、高級制圖、解決方案與圖表。所有這些面板都可提供有用的選項，但我們主要介紹圖 4 中標出的三個部分。

在濾波器響應解決方案部分，您會看到幾個近似濾波器類型(Butterworth、Bessel和Chebyshev濾波器等)。

在開始選擇近似類型時，您可能會對性能圖部分感興趣?？稍谠搮^(qū)域?qū)V波器響應解決方案部分的濾波器進行增益、相位、群延遲以及建立時間方面的對比。此外，您還可在修改輸入面板中重新編寫條目。

準備工作完成后，點擊解決方案面板中的“選擇”按鈕來選擇近似類型。

濾波器設計工具設計摘要頁面

現(xiàn)在是了解濾波器具體內(nèi)容的時候了。在程序的設計摘要頁面中，您會立即看到已完成的濾波器電路(圖 5.A)。

在這里，您可保持 Sallen-Key 電路拓撲或在濾波器拓撲選擇區(qū)域 (5.B) 中將其變?yōu)槎喾答佂負?。您還可在該區(qū)域中選擇電阻器和/或電容器的精確參數(shù)。點擊“更新”按鈕保存更改。

這時可以結(jié)束了嗎?如果您選擇結(jié)束，這就好了。您會在該視圖底部看到完整的材料清單 (BOM) (5.C)。該材料清單包括您電路中的所有組件以及制造商、部件號、價格和可選擇的替代部件。如果選擇，您可改變電路中的任何或全部組件。

如果您希望看到濾波器的仿真結(jié)果，只需點擊該頁頂部的仿真圖標 ( )。

濾波器設計工具的仿真頁面

點擊圖標后，會出現(xiàn)濾波器設計工具設計摘要頁面。共有三種仿真算法可供選擇，然而閉環(huán)頻率曲線會立即出現(xiàn)(圖 6)。

閉環(huán)濾波器幅度與相位曲線所出現(xiàn)的頻率范圍是轉(zhuǎn)角頻率 30 個頻率的上下浮動范圍(針對低通濾波器)。另外兩種仿真算法提供一個濾波器正弦波輸入信號和一個脈沖信號。在所有這三個使用實例中，您都可修改輸入信號頻率、幅度以及其它定時問題。