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（ 2012年6月29日模拟滤波器的设计 摘 要：进入21世纪以来，微电子技术和计算机技术得到了飞速发展，与此同时，伴随着超大规模集成电路的进步以及电子系统集成化趋势的迫切需求，模拟集成电路的设计方法受到了人们的重视。低电压、低功率CMOS模拟电路与电流模式集成电路由于具有诸多的优点而成为当前VLSI技术理论工作者和设计工程师所关注的热点。模拟滤波器作为模拟集成电路的重要单元，其结构生成方法和电路设计可推广至大规模集成电路设计，具有重要的参考价值和实用价值。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。滤波器概述滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。 　　????利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。 　　????滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器，在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为　??????? ? XL·XC=K2 　　????故L型滤波器又称为K常数滤波器。倘若一滤波器的构成部分，较K常数型具有较尖锐的截止频率（即对频率范围选择性强），而同时对此截止频率以外的其他频率只有较小的衰减率者，称为m常数滤波器。所谓截止频率，亦即与滤波器有尖锐谐振的频率。通带与带阻滤波器都是m常数滤波器，m为截止频率与被衰减的其他频率之衰减比的函数。每一m常数滤波器的阻抗与K常数滤波器之间的关系，均由m常数决定，此常数介于0～1之间。当m接近零值时，截止频率的尖锐度增高，但对于截止频的倍频之衰减率将随着而减小。最合于实用的m值为0.6。至于那一频率需被截止，可调节共振臂以决定之。m常数滤波器对截止频率的衰减度，决定于共振臂的有效Q值之大小。若达K常数及m常数滤波器组成级联电路，可获得尖锐的滤波作用及良好的频率衰减。模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 　无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L和C组成。 　有源滤波器：集成运放和R、C组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 　有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到95%以上，补偿无功细致。缺点为价格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有源滤波容量不超过600kvar。其运行可靠性也不及无源。 目前的主要滤波函数模型有巴特沃思，切比雪夫，贝塞尔，椭圆函数等模型，这些网络模型全是全极点网络，它们阻带仅在无限远处衰减趋于无穷大。波特沃斯滤波电路的幅频响应在通带中具有最大平坦度，但从通带到阻带衰减较慢；切比雪夫滤波电路能迅速衰减，但允许通带有一定的纹波，而且瞬态特性较差，上述两种滤波器设计思想都是以理想幅频响应为目标；而贝塞尔滤波电路着重于相频响应，其相移与频率基本成正比，即群时延基本是恒定的，可得失真较小的波形，但其频率选择性比其他滤波器要差。还有一种椭圆函数滤波器，它既有极点和零点，电路比全极点滤波电路复杂，它的阻带衰减曲线陡峭，但是阻带内有旁瓣。它们均具有自己的电路模型，归一化函数族，及其相关滤波器元件参数。滤波器作用滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数。因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。随着数字式电子计算机技术的产生和