对比方案赛+低通滤波器的设计

霹雳之火

对比方案赛+低通滤波器的设计 [复制链接]

滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。
先来介绍滤波器的基本参数，这将在设计的时候使用到
有3个响应类型
巴特沃斯响应（最平坦响应）：巴特沃斯响应能够最大化滤波器的通带平坦度。该响应非常平坦，接近DC信号，然后慢慢衰减至截止频率点为-3dB，最终逼近-20ndB/decade的衰减率，其中n为滤波器的阶数。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于维护增益的平坦性来说非常重要。
贝塞尔响应:除了会改变依赖于频率的输入信号的幅度外，滤波器还会为其引入了一个延迟。延迟使得基于频率的相移产生非正弦信号失真。就像巴特沃斯响应利用通带最大化了幅度的平坦度一样，贝塞尔响应最小化了通带的相位非线性。
切贝雪夫响应:在一些应用当中，最为重要的因素是滤波器截断不必要信号的速度。如果你可以接受通带具有一些纹波，就可以得到比巴特沃斯滤波器更快速的衰减。
主要参数
webench可以设置下面许多参数，也可以在设计好后通过仿真观察相关的参数
中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。
截止频率（Cutoff Frequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。
通带带宽（BWxdB）：指需要通过的频谱宽度，BWxdB=（f2-f1）。
插入损耗（Insertion Loss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。
纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。
带内波动（Passband Riplpe）：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。
阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。
延迟（Td）：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。
带内相位线性度：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。
阻尼系数：表征滤波器对角频率为w0信号的作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。阻尼系数的倒数称为品质因数。
灵敏度：滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作Sxy，定义为：Sxy=(dy/y)/(dx/x)。灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
群时延函数：当滤波器幅频特性满足设计要求时，为保证输出信号失真度不超过允许范围，对其相频特性也应提出一定要求。在滤波器设计中，常用群时延评价信号经滤波后相位失真程度。
本文将设计一个低通滤波器
设计过程
1 进入webench设计中心选择滤波器设计


2 选择滤波器类型：低通
设置截止频率：1000Hz
设置阻带衰减：45dB
设置阻带频率：3000Hz
电压选择12v

通带纹波0.2dB
群时延选择默认值，阶跃响应特性也选择默认值
这些参数设置好后点击开始设计

3 页面上显示了符合您要求的滤波器响应解决方案，这些参数共生成4个方案，这里选择切比雪夫滤波器
可以通过性能曲线图比较各解决方案的增益、相位、群时延和阶跃响应性能。
左上角的按钮可以选择成本、阻带衰减最好的脉冲响应进行优先选择，这里选择阻带衰减最好，单击并移动滑块，可以缩小显示的滤波器响应选项的范围。
右上角显示出各种参数进行调节：滤波等级，最大品质因数，衰减，通带纹波，群时延，阶跃响应（可以调节的参数真多）
advance charting用三维图显示出了设计方案，可以选择使用上面的参数来显示以不同参数为坐标的三维图，可以非常方便地观察到各个方案的各个参数对应的性能的优劣
综合考虑，选择0.2dbchebyshev方案。点击select生成工程。

4 进入到配置滤波器拓补结构页面，该滤波器分为三级Sallen Key 滤波器，每一级下面都显示出bom，可以选择相应的器件
三级都选择TI的OPA177GP器件



5 左侧可以选择滤波器的类型，另外也可以分享给你的同事



5 5 仿真结果图，可以非常方便地添加对应的仿真，下图显示了三级滤波器的幅频响应和相频响应的波特图
可以看到最后一级在1000hz以内的幅频响应都是非常的平坦（在1000hz看以看出有波动），在大于1000hz时幅频响应急剧下降，符合切比雪夫的特点，在3000hz幅频响应已经下降到-45dB，达到了设计要求
这些仿真图也可以和其它方案进行比较
也可以点击waveform control设置观察点，选择marker观察响应点的数值，非常方便



6 最后选择打印，pdf格式输出了原理图，BOM清单（包括元器件和价格），你可以申请样片或都买ti及其它的芯片制作自己的滤波器
总结：即使是一个新手，也可以使用webench可以非常快速便捷地设计一个滤波器