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模拟集成电路设计—滤波器设计

信息来源:本站 | 发布日期: 2022-06-19 | 浏览量:
关键词:模拟集成电路设计—滤波器设计

集成电路设计中采用滤波器( Filter)电路单元对信号的频率进行选择,只允许特定频率范围内的信号成分正常通过,而将特定频率范围以外的信号成分有效滤除。


滤波器的分类有多种方法。按照所处理的信号分,可以分为模拟滤波器和数字滤波器;按照构成电路的元器件分,可以分为无源滤波器( Passive Filter)和有源滤波器( Active Filter); 按照滤波器频率选择范围和性质来分,可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器等;按照不同的频率响应函数来分,可以分为贝塞尔(Bessel) 滤波器、切比雪夫( Chebyshev)滤波器、巴特沃思( Butterworth)滤波器和高斯(Gaussian) 滤波器等。


实际应用选择滤波器时主要需要确定的是滤波器的频选特性。低通滤波装(Low Pass Filter, LPF)允许低于信号截止频率fc的低频分量通过,而高于截止频率fc的分量被衰减。高通滤波器(High Pass Filter, HPF) 与低通滤波器相反允许高于信号截止频率f的高频分量通过,而低于截止频率f的分量被衰减。高通滤波器(Band Pass Fiter, BPF) 允许一定频段(fc1≤fcc2) 的信号通过而低于或高于该频段的分量被衰减。带阻滤波器( Band Elimination Filter, BEP)与带通滤波器相反,允许频率低于fc1或高于fc2的信号分量通过,而在fc1和fc2间的频率分量被衰减。


这4种类型滤波器的实际幅频特性如图5-31所示。低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式,其他的滤波器都可以由这两种类型的滤波器构成。例如,低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器,并联为带阻滤波器。



滤波器的基本参数包括增益、截止频率、中心频率、通带带宽、品质因数和带外抑制等。增益也称为通带放大倍数,为通带中输出电压与输入电压之比。图5-31所示的幅频特性曲线中,A。代表滤波器的增益。幅频特性曲线中,幅度为0. 707A。所对应的频率称为滤波器的截止频率。0. 707A。在对数坐标中对应于-3dB 点,即截止频率是相对于A。,幅度衰减了3dB的频率值。对于带通滤波器,中心频率f。=(fc1 +fc2)/2。滤波器所能通过的信号频率宽度称为滤波器带宽,体现了滤波器的频率选择。例如,对于带通滤波器而言,上下截止频率之间的范围为带通滤波器带宽或-3dB带寬。滤波器的品质因数,又称滤波器的截止特性系数,是频率等于滤波器的谐振频率( 固有频率)时电压放大倍数与通带放大倍数之比。带外抑制是滤波器通带频率范围以外的衰减量,表征了滤波器对于带宽外频率成分的抑制。


滤波器设计就是寻找一个合适的传递函数使其能够满足所要求的技术指标。根据系统应用要求确定滤波器类型之后,按照所选定滤波器类型( 如有源还是无源,数字还是模拟等),需要对滤波器响应的数学特性进行细致分析,然后根据电路参数要求选择线性电路或非线性电路,并对预失真电路、阻抗变换电路、幅度均衡电路、延迟均衡电路、波形产生与变换电路、反馈放大和大信号输出放大电路、功率放大、电压反馈和电流反馈放大器等进行优化设计。滤波器设计在某些集成电路芯片特别是用于无线通信系统应用的集成电路设计中至关重要,是集成电路设计中的一个关键模拟模块单元。



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