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分享 一阶RC低通滤波器杂记
嘉兆科技 2019-8-27 13:57
关于一阶滤波器的种种有很多资料可查,像截止频率啊,相移啊什么的,这些在这里就不再重复了。本文主要阐述一下阿呆在学习过程中曾被困扰的地方,及本人的简要分析。 本文从无源RC低通滤波器说起,以一个实例为讨论背景:有一个心电放大电路,最后一级输出阻抗50欧姆,但是该电路输出信号存在明显的毛刺,那么我们想通过低通滤波器滤掉高频噪声,该如何实现呢? 最简单的做法,就是在输出上直接加上一个无源RC滤波器了,心电信号频率范围是:0.05-100Hz,为确保有用信号在通带不产生过于不平衡的衰减,我们设计一个截止频率为150Hz的低通滤波器(因为在到达截止频率时,信号已经产生了3dB衰减,一般选取的截止频率值要比实际有用信号的最高频率稍大一些) 如图1所示: 图1 输出幅值变了!信号源输出峰值1V信号,在滤波器输出时,由图1可见,不足1V(每格500mV,不足两格)。怎么回事? 将该滤波器独立出来,利用理想电压源注入信号,观察滤波器输出: 图2 此时的滤波器输出就基本达到了峰值1V的输出。加上含输出阻抗的前级电路就不能达到了呢,原因何在?一直以为RC滤波器根据公式计算出截止频率,然后选定参数,加到电路里面去就OVER了,看来不是那么简单,它会受前后级阻抗的影响,那么其定量关系该怎么确定呢?不搞清楚这个问题,电路设计就如阿呆一般,停留在社会主义初级阶段了。 后面我们就探究一下RC滤波器在电路中的匹配问题: 以上面的应用为例,假设前级电路的输出阻抗为Ro1,输出信号电压峰值为±2V,后级电路的输入阻抗为RL2,那么,加入一阶无源RC低通滤波器后,后级电路实际接收信号峰值为多少呢? 该实例等效后的电路如下: 图3 在电路设计或分析时,不考虑前后级及本身的输入输出阻抗,想当然的认为后级接收到的信号峰值为±2V,有木有过?阿呆的确有过,并且因实测输出达不到±2V而迁怒于元器件参数不给力、电路板设计不给力。 那么到底给如何去分析呢,首先我们看前级输出到RC滤波器的定量关系: 图4 信号源输出阻抗为Ro1欧姆,RC滤波器输入阻抗: 则图中Point7处电压为: 然后我们看RC滤波器到后级输入的定量关系: 图5 图中Point 3出电压: 可见,对于一阶RC滤波器,接入电路后,前后级的输入输出阻抗都会影响电路的特征,RC滤波器电路的输出特性并非一成不变的。 另外还有一点需要注意,上图4中,我们假设后级输入阻抗无穷大;图5中,前级输出阻抗为零情况。那么,对于图3的电路,其定量关系怎么计算呢? 图6 为了计算方便,我们把上面的图3拿下来,即图6: 试分析,我们在求Point 7时由公式1得出,但是接入RL2后,Ri受RL2的影响: 由上式可得: 可见,对于一阶无源RC低通滤波器,阻抗匹配与否,对于滤波器的输出影响很大。滤波器的参数选取很重要。 仍然以截止频率为150Hz的上述滤波器而言,对于R1和C2的参数选取,可以为: 由此可见,对于相同的截止频率,参数也可以选取不同的值,而不同的值,在电路中的表现则不尽相同,对于和上级输入匹配来讲,希望R1+Xc越大越好,而对于和后级的匹配来讲,则希望Xc远远小于RL2,这就出现了一个最优化的问题。在设计电路时,不但需要在设定截止频率时需要R1和C2的值合理取值,而且还要考虑前后级的输入输出阻抗,我们来看一下两种比较极端的情况: 图7 图8 图7中,前级输出阻抗较大,后级输入阻抗较小,(这种情况是阿呆意淫出来的,以讨论对于RC网络阻抗匹配问题,至于实际情况会不会发生,呵呵~~)。而RC网络选取的参数,使其输入阻抗较小,输出也较小。 图8中,前级输出阻抗较为理想,后级输入阻抗较大。 比较两图Point2,Point7和Point3点的电压幅值,可以发现,图7中的输出灰常不理想了,究其原因,就是阻抗匹配问题,那么如何去匹配就要首先明确前级输出阻抗和后级输入阻抗的数量等级,然后根据公式和公式选定RC网络的等级,并根据具体的截止频率选定R和C的值。 总结一下: 1.进行一阶无源RC低通滤波器时,由于其前后级输入输出阻抗将严重影响其特性,故阻抗匹配问题不容忽视; 2.对于相同截止频率的滤波器,RC网络的输入输出阻抗可以成比例变化(见表1); 3.前后级输入输出阻抗与RC网络输入输出阻抗及信号的定量计算关系如公式6、7所示,文字描述为:选定RC滤波器中RC参数时,尽量使其R+Xc远大于前级输出阻抗,尽量使Xc远小于后级输入阻抗; 4.该计算思想适用于一阶无源RC高低通滤波器,其他类型未分析。 更多内容请关注嘉兆科技
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分享 算法的verilog实现-FIR滤波器的设计实现
njiggih 2017-12-21 14:51
上周星期天(12月17日)全网公开课《算法的verilog实现-FIR滤波器的设计实现》 (ps:培训班大部分是学习设计技巧,如给定功能,如何进行设计等。这才是FPGA工程师的核心能力!!QQ:8546,18250 ) http://www.mdy-edu.com/product/609.html
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分享 SES每周||工程知识问题解答
sestech 2016-8-12 10:02
1、EMI接收机与频谱仪有何不同? a. 基本原理 根据工作原理,频谱分析仪和接收机可分为模拟式和数字式两大类。外差式分析是当前使用最为广泛的接收和分析方法。下面就外差式频谱分析仪与接收机之间的主要差别作一分析。 b.输入RF信号的前端处理 接收机与频谱仪在输入端对信号进行的处理是不同的。 频谱仪的信号输入端通常有一组较为简单的低通滤波器,而接收机要采用对宽带信号有较强的抗扰能力的预选器。通常包括一组固定带通滤波器和一组跟踪滤波器,完成对信号的预选。 由于RF信号的谐波、交调和其它杂散信号的影响,造成频谱仪和接收机测试误差。相对于频谱仪而言,接收机需要更高的精度,这要求在接收机的前端比普通频谱仪多出一个预选器,提高选择性。 接收机的选择性在GB/T6113(CISPR16)中有明确规定。 c.本振信号的调节 现在的EMC测量,人们不止要求能手动调谐搜索频率点,也需要快速直观观察EUT的频率电平特性。这就是要求本振信号既能测试规定的频率点,也能够在一定频率范围扫描。 频谱仪是通过扫频信号源实现扫频测量的。通常通过斜波或锯齿波信号控制扫频信号源,在预设的频率跨度内扫描,获得期望的混频输出信号。 接收机的频率扫描是步进的,离散的,是离散的点频测试。接收机按照操作者预先设定的频率。 2.为什么频谱分析仪不能观测静电放电等瞬态干扰? 因为频谱分析仪是一种窄带扫频接收机,它在某一时刻仅接收某个频率范围内的能量。而静电放电等瞬态干扰是一种脉冲干扰,其频谱范围很宽,但时间很短,这样频谱分析仪在瞬态干扰发生时观察到的仅是其总能量的一小部分,不能反映实际的干扰情况。
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分享 锁相环初步探索(一)
a13591554497a 2016-7-11 23:11
锁相环初步探索(一)
今天正式开始学习锁相环,学习教材《锁相环(PLL)电路设计与应用》 首先锁相环框图如下图所示 可以看出主要有3个部分分别是鉴相器,环路滤波器和压控振荡器当器,分频器可以去掉它的主要作用我认为可以用来倍频,书中作者认为环路滤波器是锁相环设计的重点,关于这一点可能是刚接触我的感触还不是特别深。下面按书中顺序进行回顾 首先是PLL电路传输特性 据此可以得到鉴相器,VCO,分频器相位滞后90度由此可以得出环路滤波器的滞后相位在0-90度 接着来看环路滤波器的设计方法(滞后超前滤波器) 波形如下 书中提到fH/fL越大则相位返回量越大我对此还不是很明白 书中说M的衰减量变大,则时间常数变小,可使比较频率中纹波变小,时间常数变大,锁相速度变慢 衰减量M变小,纹波增大,锁相速度变快,越小环路增益越大 设计实例 今天先到这里
个人分类: 电子电路|950 次阅读|0 个评论
分享 IIR数字滤波器与FIR数字滤波器的区别
wateras1 2016-4-9 10:09
2.1、单位响应 IIR滤波器的单位脉冲响应为无限长,网络中有反馈回路。FIR(Finite Impulse Response)滤波器的单位脉冲响应是有限长的,一般网络中没有反馈回路。 FIR滤波器的系统函数一般是一个有理分式,分母多项式决定滤波器的反馈网络。FIR滤波器的系统函数用下式表示 2.2、幅频特性 IIR数字滤波器 幅频特性 精度很高,不是 线性相位 的,可以应用于对相位信息不敏感的 音频信号 上;FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低,但是线性相位,就是不同频率分量的信号经过 fir滤波器 后他们的时间差不变,这是很好的性质。 2.3、实时信号处理 FIR数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理,便于编程,用于计算的时延也小,这对实时的信号处理很重要。
个人分类: 算法设计|598 次阅读|0 个评论
分享 lc滤波器设计与制作 日 森荣二著
flageen 2016-3-12 13:37
lc滤波器设计与制作 日 森荣二著 谁有
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分享 在PCB上怎样设计“数字地和模拟地”
乁year 2014-7-20 13:48
方法一: 按电路功能分割接地面 分割是指利用物理上的分割来减少不同类型线之间的耦合,尤其是通过电源线和地线的耦合。 按 电路功能分割 地线例如 图 5.7.18 所示,利用分割技术将 4 个不同类型电路的接地面分割开来,在接地面用非金属的沟来隔离四个接地面。每个电路的电源输入都采用 LC 滤波器,以减少不同电路电源面间的耦合。对于各电路的 LC 滤波器的 L 和 C 来说,为了给每个电路提供不同的滤波特性,最好采用不同数值。高速数字电路由于其具有高的瞬时功率,高速数字电路放在电源入口处。接口电路考虑静电释放( ESD )和暂态抑制的器件或电路等因素,位 于电源的末端。 图 5.7.18 按电路功能分割接地面例 在一块印刷电路板上,按电路功能接地布局的设计例如图 5.7.19 所示,当模拟的、数字的、有噪声的电路等不同类型的电路在同一块印刷电路板上时,每一个电路都必须以最适合该电路类型的方式接地。然后再将不同的地电路连接在一起。 图5.7.19按电路功能接地布局的设计例 二.采用局部接地面 振荡器电路、时钟电路、数字电路、模拟电路等可以被安装在一个单独的局部接地面上。这个局部接地面设置在PCB的顶层,它通过多个通孔与PCB的内部接地层(0V参考面)直接连接,一个设计例如图 5.7.20 所示。 将振荡器和时钟电路安装在一个局部接地面上,可以提供一个镜像层,捕获振荡器内部和相关电路产生的共模RF电流,这样就可以减少RF辐射。当使用局部接地面时,注意不要穿过这个层来布线,否则会破坏镜像层的功能。如果一条走线穿过局部化接地层,就会存在小的接地环路或不连续性电位。这些小的接地环路在射频时会引起一些问题。 如果某器件应用不同的数字接地或不同的模拟接地,该器件可以布置在不同的局部接地面,通过绝缘的槽实现器件分区。进入各部件的电源电压使用铁氧体、磁珠和电容器进行滤波。一个设计例如图 5.7.21和 图 5.7.22 所示。 图5.7.20 局部接地面 三: PCB 采用“无噪声”的I/O地与“有噪声”的数字地分割设计 为了使用电缆去耦或屏蔽技术来抑制共模噪声,在PCB设计时,需要考虑为电缆的去耦(将电流分流到地)和屏蔽提供没有受到数字逻辑电路噪声污染的“无噪声”或者“干净”的地。 如图10.1.10所示,在PCB设计布局时,将所有的I/O线都布放在PCB上的某一个区域,并为这个区域提供专门分割出来的低电感的I/O地,并将I/O地单点连接到数字逻辑电路的地,使数字逻辑地电流不能够流到“无噪声”的I/O地。 时钟电路和时钟信号线应当远离I/O接口区域。 四: PCB 分割的两个问题:隔离和互连 PCB 分割需要解决两个问题:一个是隔离,另一个是互连。 PCB 上的隔离可以通过使用“壕”来实现,如图 10.1.26 所示,即在 PCB 所有层上形成没有敷铜的空白区,“壕”的最小宽度为 50mil 。“壕”将整个 PCB 按其功能不同分割成一个个的“小岛”。很显然,“壕”将镜像层分割,形成每个区域独立的电源和地,这就可以防止 RF 能量通过电源分配系统从一个区域进入另一个区域。 “隔离”不是目的。作为一个系统,各功能区是需要相互连接的。分割是为了更好地安排布局和布线,以实现更好的互连。因此,必须为那些需要连接到各个子功能区域的线路提供通道。通常采用的互连的方法有两种:一种是使用独立的变压器、光隔离器或者共模数据线跨过“壕”,如图10.1.26(a)所示;另一种就是在“壕”搭“桥”,只有那些有“过桥通行证”的信号才能进(信号电流)和出(返回电流),如图10.1.26(b)所示。 设计一个最优化的分割布局是困难的,还可以采用金属屏蔽等方法将所产生的、不期望的RF能量进行屏蔽,从而控制辐射并增强PCB的抗干扰能力。 五: 采用“统一地平面”形式 在ADC或者DAC电路中,需要将ADC或者DAC的模拟地和数字地引脚连接在一起时,一般的建议是:将AGND和DGND引脚以最短的引线连接到同一个低阻抗的地平面上。 如果一个数字系统使用一个ADC,如图10.1.29所示,可以将“地平面”分割开,在ADC芯片的下面把模拟地和数字地部分连接在一起。但是要求,必须保证两个地之间的连接桥宽度与IC等宽,并且任何信号线都不能跨越分割间隙。 如果一个数字系统中有多个ADC,如果在每一个ADC的下面都将模拟地和数字地连接在一起,则会产生多点相连,模拟地和数字地的“地平面”分割也就没有意义。对于这种情况,可以使用一个“统一的地平面”。如图10.1.30所示,将统一的地平面分为模拟部分和数字部分。这样的布局、布线既满足对模拟地和数字地引脚低阻抗连接的要求,同时又不会形成环路天线或偶极天线所产生的EMC问题。 最好的方法是开始设计时就用统一地。如图10.1.30所示,将统一的地分为模拟部分和数字部分。这样的布局、布线既满足对模拟地和数字地引脚低阻抗连接的要求,同时又不会形成环路天线或偶极天线所产生的EMC问题。 因为大多数 A/D 转换器晶片内部没有将模拟地和数字地连接在一起,必须由外部引脚实现模拟地和数字地的连接,任何与 DGND 连接的外部阻抗都会由寄生电容将更多的数位噪声耦合到 IC 内部的模拟电路上。而使用一个“统一的地平面”,需要将 A/D 转换器的 AGND 和 DGND 引脚都连接到模拟地上,但这种方法会产生如数字信号去耦电容的接地端应该接到数字地还是模拟地的问题。 (3)采用数字电源和模拟电源分割的电源面 在数模混合的系统中,通常采用独立的数字电源和模拟电源分别供电。在混合信号的PCB上采用分割的电源平面。应注意的是紧邻电源层的信号线不能跨越电源之间的间隙,而只有在紧邻大面积“地”的信号层上的信号线才能跨越该间隙。可以将模拟电源以PCB走线或填充的形式而不是一个电源平面来设计,就可以避免电源面的分割问题。
个人分类: PCB|1370 次阅读|0 个评论
分享 功率电感中有哪些特性
lan1362267 2014-4-29 10:41
功率电感中有哪些特性 电磁干扰滤波器常常分为信号线滤波器,电源线滤波器,印制线路滤波器,反射型滤波器,吸收型滤波器等几类。 滤波器能有效的去除不需要的信号分量,同时是对被选择信号的幅度相位影响最小的滤波器,电磁干扰滤波器可有效抑制电磁干扰,从频率选择的角度出发,电磁干扰滤波器属于低通滤波器,模拟滤波器和数字滤波器 滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两种,模拟滤波器会有电压漂移,温度漂移和噪声等问题,分有源和无源两种有源滤波器主要由运放或跨导运放及电阻电容构成。 优点是通带内的信号不仅没有能量损耗、可以放大,负载效应不明显。 缺点是;通带范围受到有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高;高压、高频、大功率的场合不适用。 无源的滤波器主要由R、L、C构成,数字滤波器是由数字乘法器、加法器、延时单元组成的一种算法或装置。 优点利用了电容和电感元件的电抗随频率的变化,电路比较简单,不需要直流电源供电。 缺点是通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用贴片功率电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大;不适用在低频域。
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