嘗試設(shè)計(jì)有源濾波器？

 如果您需要設(shè)計(jì)有源濾波器，可能要面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其是在手動(dòng)完成濾波器計(jì)算時(shí)。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(wèn)題。這可能看起來(lái)很不可思議，甚至有點(diǎn)自討苦吃，但事實(shí)上我已經(jīng)完成了這些類(lèi)型的計(jì)算，而且每種濾波器都會(huì)很輕易消耗掉我數(shù)小時(shí)的時(shí)間。

一個(gè)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(shí)是個(gè)更為有效的方法，但在開(kāi)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(diǎn)是根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)客戶需求的了解，確定工具應(yīng)包含的內(nèi)容。我們利用這一信息定義 TI最新 WEBENCH 濾波器設(shè)計(jì)工具(所提供最穩(wěn)健濾波器設(shè)計(jì)工具之一)的適用范圍。

以下是一些我們確認(rèn)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(yīng)以及極數(shù)。

●各類(lèi)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(lèi)型間的圖形對(duì)比。

●提供實(shí)際建議電阻器及電容器值的完整電路圖。

●各種電路拓?fù)洌?Sallen-Key 和多種反饋設(shè)計(jì)。

●針對(duì)設(shè)計(jì)方案確定的適當(dāng)實(shí)際組件。

●最終濾波器電路的 SPICE 仿真模型。

因而讓我們來(lái)看看 WEBENCH 濾波器設(shè)計(jì)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(yè)面的左側(cè)看到工具的入門(mén)指導(dǎo)。如果您想直接啟動(dòng)工具，可繼續(xù)選擇濾波器類(lèi)型(低通、高通、帶通或帶阻)并點(diǎn)擊“開(kāi)始設(shè)計(jì)”。

濾波器設(shè)計(jì)工具要求頁(yè)面

軟件將轉(zhuǎn)入 WEBENCH 濾波器設(shè)計(jì)工具程序的“濾波器設(shè)計(jì)工具要求”頁(yè)面。在這里，您可選擇具體的濾波器特性(圖 3)。

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

請(qǐng)注意屏幕右側(cè)濾波器幅度與頻率圖形表示的對(duì)比 (3.B)?？纯丛撘晥D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(guò)選擇“選擇濾波器響應(yīng)”按鈕來(lái)選擇濾波器階數(shù) (3.D)。

填完所有條目后，您可點(diǎn)擊“啟動(dòng)濾波器設(shè)計(jì)”按鈕。

濾波器設(shè)計(jì)工具觀察器頁(yè)面

完成這些選擇后，工具會(huì)轉(zhuǎn)入濾波器設(shè)計(jì)工具觀察器頁(yè)面(圖 4)。該頁(yè)包含六個(gè)面板：優(yōu)化器、改變輸入、調(diào)整結(jié)果、高級(jí)制圖、解決方案與圖表。所有這些面板都可提供有用的選項(xiàng)，但我們主要介紹圖 4 中標(biāo)出的三個(gè)部分。

在濾波器響應(yīng)解決方案部分，您會(huì)看到幾個(gè)近似濾波器類(lèi)型(Butterworth、Bessel和Chebyshev濾波器等)。

在開(kāi)始選擇近似類(lèi)型時(shí)，您可能會(huì)對(duì)性能圖部分感興趣?？稍谠搮^(qū)域?qū)V波器響應(yīng)解決方案部分的濾波器進(jìn)行增益、相位、群延遲以及建立時(shí)間方面的對(duì)比。此外，您還可在修改輸入面板中重新編寫(xiě)條目。

準(zhǔn)備工作完成后，點(diǎn)擊解決方案面板中的“選擇”按鈕來(lái)選擇近似類(lèi)型。

濾波器設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)摘要頁(yè)面

現(xiàn)在是了解濾波器具體內(nèi)容的時(shí)候了。在程序的設(shè)計(jì)摘要頁(yè)面中，您會(huì)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?fù)浠蛟跒V波器拓?fù)溥x擇區(qū)域 (5.B) 中將其變?yōu)槎喾答佂負(fù)洹Ｄ€可在該區(qū)域中選擇電阻器和/或電容器的精確參數(shù)。點(diǎn)擊“更新”按鈕保存更改。

這時(shí)可以結(jié)束了嗎?如果您選擇結(jié)束，這就好了。您會(huì)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(hào)、價(jià)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(diǎn)擊該頁(yè)頂部的仿真圖標(biāo) ( )。

濾波器設(shè)計(jì)工具的仿真頁(yè)面

點(diǎn)擊圖標(biāo)后，會(huì)出現(xiàn)濾波器設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)摘要頁(yè)面。共有三種仿真算法可供選擇，然而閉環(huán)頻率曲線會(huì)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(gè)頻率的上下浮動(dòng)范圍(針對(duì)低通濾波器)。另外兩種仿真算法提供一個(gè)濾波器正弦波輸入信號(hào)和一個(gè)脈沖信號(hào)。在所有這三個(gè)使用實(shí)例中，您都可修改輸入信號(hào)頻率、幅度以及其它定時(shí)問(wèn)題。