有源低通椭圆函数滤波器的设计.doc

前 言 经过D/A转换获得模拟信号在现代社会生活中比比皆是，如声卡中的语音合成输出、合成信号发生器等，为了滤除谐波干扰，获得高精度的模拟信号，大多采用衰减特性陡峭的椭圆低通滤波器进行滤波。 基于上述原因，文章提出了一种有源椭圆函数滤波器的设计，椭圆滤波器在通带和阻带内都是等波纹的逼近方式，是滤波器阶数 N 已给定的情况下的最好的逼近方式。对于同样的性能要求，它比巴特沃思、切比雪夫滤波器所需用的阶数都低，而且它的过渡带比较窄。 滤波器设计是比较成熟的技术，根据设计要求，首先确定滤波器的曲线和类型，以及滤波器的阶数，根据设计参数确定具体曲线和归一化的元件值，再根据实际去归一化得到实际的元件值。这样得到的设计参数完全是计算得到的，往往与实际有一定的出入，修正也比较繁锁。现在EDA技术的应用可以大大简化了设计过程，特别是设计过程中进行仿真，确保设计的一次成功率。本文以语音和波形合成中常用的椭圆低通滤波器为例说明滤波器的设计过程和EDA技术在其中的应用。 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 绪 论 1 1.1滤波器的发展 1 1.1.1早期的情况 1 1.1.2 发展时期 1 1.1.3 现代的滤波器 2 1.2滤波器的功能 3 1.3滤波器的分类 4 1.3.1按所处理的信号 4 1.3.2按所通过信号的频段 4 1.3.3按所采用的元器件 4 1.4 文章所做工作 5 第2章 滤波器综合技术基础 7 2.1现代网络理论 7 2.1.1极-零点的概念 7 2.1.2 由多项式综合滤波器 9 2.2频率响应的归一化 11 2.2.1频率和阻抗标度 11 2.2.2低通滤波器的归一化 14 2.3椭圆函数滤波器 15 第3章 方案设计及仿真 19 3.1 滤波器的逼近 19 3.1.1滤波器的实现形式选择 19 3.1.2滤波器的阶数确定 20 3.2 电路实现 21 3.2.1 实现方式选择 21 3.2.2 元件值的计算 22 3.3仿真 24 3.3.1 EDA技术的概念 24 3.3.2 EDA常用软件 25 3.3.3电子电路设计与仿真工具 25 3.3.4 multisim10 仿真实现 26 3.3.5仿真结果 30 第4章 调试与测试结果 31 4.1 测试仪器表 31 4.2 对安装好的电路进行调整和测试 31 4.3 实际电路遇到的问题及解决方法 31 4.4 测试结果和幅频图分析 32 第5章 结论 35 5.1 结论 35 5.2 感想和收获 35 5.3 展望 36 参考文献 37 致 谢 38 附 录 39 附录一：电路板 39 附录二：元器件清单 40 摘 要 分析信号频谱时为了提高系统的频率分辨率，需要设计性能优良的模拟滤波器。在所有的滤波器中，椭圆函数滤波器有着极高的性能，对于同样的性能要求，他比巴特沃思、切比雪夫滤波器所需的阶数都低，而且它的过渡带比较窄。巴特沃思和切比雪夫滤波器的传递函数都是一个常数除以一个多项式，为全极点网络，仅在无限大阻带处衰减为无限大，而椭圆函数滤波器在有限频率上既有零点又有极点。极零点在通带内产生等波纹，阻带内的有限传输零点减小了过渡区，可获得极为陡峭的衰减特性曲线。文章介绍了椭圆滤波器VCVS（压控电压源）的结构，研究了一种通用的VCVS电路综合方法及元件值计算公式。利用multisim10软件仿真，并制作出电路板。 关键词：模拟滤波器，椭圆函数，VCVS（压控电压源），multisim ABSTRACT The performance of analog filter plays a very important part in the spectrum analysis, and the perfect analog filter is needed to improve the system’s resolving power. The elliptic filter has the best performance in all analog filters. For the same performance requirements, elliptic filter needs less order than Butterworth and Chebyshev filter, and narrower transition zone. The transfer function of Butterworth and Chebyshev filter are both a constant divided by a polynomial and all-pole network, only in the infinite stop