EDA技术应用 实验例程 实验5 ispPAC10高精度阶梯滤波器的设计.doc

PAGE PAGE １５２ 实验五 ispPAC10高精度阶梯滤波器的设计 介绍 在这个实验中我们将说明怎样利用ispPAC10来设计一个连续时间的三阶或四阶的低通阶梯滤波器。 图48 LC阶梯滤波器 图48所示的是一个LC的阶梯滤波器，它是双端接载的。在运算仿真（操作仿真）中，主动积分器用来模拟电感和电容，加法器用来实现基尔霍夫等式，如图49所示。一对一的通信是通过无源电路中的LC网络和有源的积分网络所建立的。 图49 有源实现阶梯滤波器 ispPAC10的实现 从根本上说，每一个PACBlock能够实现一个带有差动输出和求和输入的积分器，并且是一个可编程的（+、-）增益和可选择的反馈电阻的有耗积分器，拥有参数范围限制的离散电容阵列和整数的增益调整，频率范围在17KHz～100KHz，所以在ispPAC10中可以实现四级阶梯滤波器。 但在设计滤波器的一个共同的难题就是：要得到所期望的滤波器的参数值的建立。因为在实现时，使用积分器来模拟电感和电容，而积分器的参数是通过相应的滤波器在连续相对应的积分时间内无源部分的L及C的参数来确定的。在理想情况下，所有的无源阶梯滤波器都能够通过这种方法实现，RC运算放大器电路模拟无源器件。然而，由于PACBlock中增益和电容的离散特性，使得并不是所有的LC的值能够被模拟，但在PAC Designer软件中提供了一个非常强大的宏功能 来实现这种阶梯滤波器。 阶梯滤波器宏功能 PAC Designer软件作为一个设计滤波器的工具，在它内部集成了不同的宏功能，在宏功能中，你可以选择滤波器类型、波形（如果需要）和截止频率，一旦参数设置好，单击“generate schematic”按钮，PAC Designer软件将实现你所设计的滤波器。宏功能的启动可以通过菜单：Tools—Run Macro…，出现如图50所示的对话框，选择“ispPAC10_Ladder.exe”，单击OK， 图50 宏功能对话框 出现如图四十五所示的对话框，在这里有一些滤波器类型的选择，单击一滤波器类型，在右边的框中出现该滤波器所能实现的截止频率清单，选择你所要求的截止频率，单击“generate schematic”按钮后，关闭对话框。 图51 阶梯滤波器参数配置 滤波器类型 从图51中我们可以看出，该宏功能一共提供了3种类型的滤波器，分别为：Chebyshev（赛贝谢夫滤波器）、Butterworth（巴特沃斯滤波器）和Unity Gain（单位增益滤波器）。这些滤波器中除了“Butterworth_3_Pole”是三阶的外其余的都是四阶的滤波器（我们可以很明显地从它的名字中看出）。图52所示的是可用的滤波器的类型，所有滤波器的输入为IN1；所有四阶滤波器的输出为OUT3；三阶滤波器的输出为OUT4。 图52 可用的滤波器的分类表 PAC Designer提供了标准的Chebyshev（赛贝谢夫）滤波器，拥有均波通带、在抑制频带中的渐增衰减，共有0.1dB、0.2dB、0.5dB三种，对于每一种波形，有不同的截止频率可用，频率的改变是由不同的增益和电容值决定的。 三阶和四阶的Butterworth（巴特奥斯）滤波器有指定的6dB的介入损耗和多种截止频率（-3dB）。Unity Gain Filter（单位增益滤波器）是等波纹的低通滤波器，类似于有0.5dB的纹波、0dB的指定直流介入损耗的四阶Chebyshev（赛贝谢夫）滤波器。 图53是一个四阶的Chebyshev（赛贝谢夫）滤波器。每个不同的滤波器的介入损耗通常不是为0dB，在这个应用中，滤波器的介入损耗仅仅由输入PACBlock的增益值控制，即改变PACBlock1的IA1的增益值就实现了改变滤波器的增益值。然而，通过提高IA1的增益值来减小滤波器的介入损耗，必然会对影响滤波器的输入动态范围，对于输入范围的限制，我们将稍候介绍。如果需要一个0dB介入损耗的滤波器，可以使用Unity Gain 0.5dB ripple Filter（单位增益滤波器）或Butterworth（巴特奥斯）滤波器，把IA1设为2来实现。 输入范围限制 在理想状态下，所有的滤波器和滤波器的每个放大器的介入损耗都为0dB，在这个条件下，ispPAC10的输入范围将是完整的动态范围。然而，在滤波器中，PACBlock的增益同时影响着信号增益和极点位置，PACBlock的增益是在0～10间是整数级的改变，同时这个值在滤波器中为独特的滤波器类型提供极点位置。这些增益值对每个放大器的0dB介入损耗来说不是必须的，因而滤波器的最大输入电平应小于最大限值来防止出现内部限幅节点。 图53 一个四阶的Chebyshev（赛贝谢夫）滤波器 表十给出的是ispPAC10在最大限