作者：Kushwanthi Padmanabhuni

器件選擇對電路設計來說至關重要。在最終開始生產前，通過仿真和原型制作驗證器件選擇是否正確極為重要。

您對在設計中選擇了合適的元件有多大自信呢？如果在仿真前有個工具能精調您的選擇會怎么樣？

模擬濾波器向導就是這樣一種用于現實運算放大器的實用設計工具。這款工具讓您不必再苦尋濾波器建議，助您設計出具備所需特性的低通、高通或帶通濾波器，且準備時間更短（圖1）。

圖1. 濾波器類型。

此外，它提供了對濾波器的理論預期和實際性能的嚴謹分析。

那么，它的工作原理是什么呢？這些建議只是基于通帶和阻帶定義嗎？不，遠不止于此。它涵蓋了從定義特性到濾波器響應特性的整個過程，如圖2所示。您可以通過這個選項選擇濾波器響應的類型（如巴特沃茲、貝塞爾、切比雪夫等），定義從通帶到阻帶的轉換。您還可以在較少級電路拓撲或快速建立電路拓撲間做選擇。

圖2. 在幅度視圖定義特性。

通過各種可用視圖（例如幅度、相位、階躍響應、功率和噪聲），模擬濾波器向導工具讓您可以檢查特征參數更改時的性能變化。如圖2和圖3所示，幅度和相位視圖可以幫助您了解信號的相位和幅度影響。

圖3. 相位視圖

級視圖顯示了運算放大器濾波器各級特征參數及其特性（圖4）。這個視圖便于分級了解濾波器。

圖4. 濾波器級視圖。

過沖和振鈴定義波形的失真，這可通過從階躍響應視圖（圖5）獲得的濾波器階躍響應進行分析。

圖5. 濾波器的階躍響應。

理論特性確定后，下一步就是電路設計，如圖6所示。這時，模擬濾波器向導工具根據指定的優化類型（如功率、噪聲或電壓范圍）給出建議。您可以選擇使用建議器件或自己選擇。

圖6. 元件選擇。

雖然模擬濾波器向導工具按所需特性選擇了最合適的器件，但是找到并使用和建議完全一致的器件可能很難或不切實際。因此，您可以通過元件容差功能靈活選擇電阻和電容容差（圖7）。同時，您還可以查看調整容差對濾波器性能的影響。

圖7. 定義元件容差。

圖8顯示了使用正確放大器的最終電路設計，以便您進行電路仿真或原型制作。

圖8. 最終電路。

模擬濾波器向導工具非常實用，可以讓您在每個步驟（從定義濾波器特性到定義公差）檢查濾波器的性能優化。這些功能有助于在流程的每一步精調您的設計。同時它們也提供了更高的靈活性，通過更少的迭代次數獲得最佳設計，從而節省寶貴的精力。

測驗：

問題1：

設計一個兩級低通巴特沃茲濾波器，具備以下特性：1 MHz截止頻率、3 MHz阻帶和0 dB增益。按低噪音和±5 V電源要求來優化您的設計。使用工具推薦的默認元件容差和放大器。

濾波器的總靜態功耗是多少？

問題2：

設計一個通帶紋波為0.08 dB的兩級低通四階切比雪夫濾波器，以及一個具備相同特性的四階巴特沃茲濾波器，并比較兩者。

哪個濾波器過渡帶更窄？

您可以在學子專區博客上找到問題答案。

關于作者

Kushwanthi Padmanabhuni是歐洲中央應用中心的應用工程師，為精密測量和儀器儀表提供支持。她于2015年8月作為應屆培訓生加入ADI公司，工作地點在慕尼黑。她擁有機械電子碩士學位和電子與通信工程學士學位。