9–2三种典型的滤波特性和开关电容滤波器.ppt

1. 滤波特性 滤波器的设计目标是根据不同的实际要求，实现其最佳的近似理想特性。 9.2.8 三种典型的滤波特性 ——巴特沃斯特性曲线 每一种滤波器(LPF、HPF、BPF、BEF)都能通过改变与时间常数有关的元件参数获得与巴特沃斯、切比雪夫或贝塞尔特性曲线相对应的滤波特性。 ——切比雪夫特性曲线 ——贝塞尔特性曲线 2. 三种频率响应函数的比较 巴特沃思型低通滤波器的幅频响应: 巴特沃思型低通滤波器在通带内的频率特征是平坦无凹凸的，并且在允许条件下可得到最大带宽。因此，巴特沃思滤波器具有最大平坦特性，其阶数n越高，滤波响应曲线越逼近理想模型。 ?c是-3dB的截止频率 n是滤波器的阶数 ? 是决定最大通带起伏量的常数 切比雪夫型低通滤波器的幅频响应: 切比雪夫型滤波器以引入通带起伏为代价，使过渡带曲线下降的斜率最大化。在给定过渡带截止速率的情况下，切比雪夫滤波器虽然在通带内的曲线产生了一定幅度的振荡，但是可以用低于巴特沃斯滤波器的阶次来实现，从而降低了电路的复杂性和成本。 ?c是-3dB的截止频率 切比雪夫多项式 ? 2 1 2. 三种频率响应函数的比较 贝塞尔型低通滤波器的传递函数: 与巴特沃斯型滤波器相比，贝塞尔型滤波器的频率特性稍差一些，过渡带衰减缓慢，但它在通带内产生接近线性的相位特性，因而具有良好的瞬态特性。 n是滤波器的阶数 贝塞尔多项式 2. 三种频率响应函数的比较 3. 三阶压控型低通滤波器的幅频特性 上述三种类型的滤波器并不是拓扑结构不同的电路，实际上它们是同一电路在不同参数配置下得到的不同响应函数。以三阶压控型LPF为例，电路如图所示。 三阶压控型低通滤波器 设截止频率为1kHz，R=1k?， 巴特沃思型低通滤波器幅频特性的仿真 3. 三阶压控型低通滤波器的幅频特性 设截止频率为1kHz，R=1k?， 切比雪夫型低通滤波器幅频特性的仿真 3. 三阶压控型低通滤波器的幅频特性 设截止频率为1kHz，R=1k?， 贝塞尔型低通滤波器幅频特性的仿真 3. 三阶压控型低通滤波器的幅频特性 4. 滤波器的瞬态特性 ——与滤波器传递函数的相频特性有关，瞬态特性表示滤波器输入非正弦波信号时的响应 滤波器会产生一个与频率有关的相位偏移，如果相位与频率之间是线性关系，那么滤波器仅使信号延时一个常量；反之，若相位的变化是非线性的，即不同的频率成分有不同的相移，则非正弦信号通过这种滤波器时会产生严重的相位失真。 描述滤波器瞬态特性的主要参数有群延迟、阶跃响应和冲激响应。 滤波器过渡带的幅频特性越陡峭，这种失真越严重。 三种滤波器的冲激响应 4. 滤波器的瞬态特性 开关电容电路由受时钟脉冲信号控制的模拟开关、电容器和运算放大器三部分组成。开关电容电路的特性仅与各电容器电容量之比的准确性有关，而与电容器的精度无关。在集成电路中，可以获得准确性很高的电容比。 9.3.1 开关电容模拟电阻 9.3 开关电容滤波器 开关电容模拟电阻 时钟驱动信号 由两相时钟?1和?2控制开关S1、S2。 9.3.1 开关电容模拟电阻 基本开关电容电路 模拟开关S1和S2的动作规律： S1断 S2断 S1通 S2断 S1断 S2断 S1断 S2通 当开关S1闭合，S2断开时，u1对C充电。 充电电荷 。 当开关S2闭合，S1断开时，C放电。 放电电荷 。 设开关的周期为TCP，节点从左到右传输的总电荷为： 9.3.1 开关电容模拟电阻 等效电流： 如果时钟脉冲的频率fCP足够高，在一个时钟周期内两个端口的电压可认为基本不变，则基本开关电容单元就可以等效为一个电阻： 开关电容的优点：利用MOS工艺控制开关电容的大小，即可制作大阻值的电阻，使用的硅片面积只是传统工艺的1%左右。 9.3.1 开关电容模拟电阻 两相时钟?1和?2的频率 远大于输入信号 的频率，开关电容单元等效为电阻： 时间常数： 通带截止频率： 9.3.2 一阶RC低通环节 时钟频率 电容量之比 通带截止频率 稳定、准确 当时钟频率一定时，通带截止频率取决于电容比，而与电容的