模拟滤波器设计工具

Posted 2022-02-21 卓晴

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了模拟滤波器设计工具相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

简介：设计模拟滤波器的软件很多，TI网站上给出的在线设计软件使用起来非常方便。本文对于这个软件进行了测试，并把一些典型滤波器设计结构进行显示。帮助你们了解这款软件并有可能在之后的工程中使用到它。

关键词： 模拟滤波器，TI

§01 滤波器设计

滤波器设计是 信号与系统分析 课程中，关于信号与系统频率分析、系统设计与实现方面的主要内容，在实际电路设计具有重要的应用价值。

作为信号与系统课程的授课教师，也经历了之前教学内容变化与改革。比如在 郑君里 教授所著的 信号与系统 上下册中，在第十章就包括了滤波器设计相关内容。清华自动化系 王文渊 教授的 信号与系统 也包含有滤波器设计相应内容，只不过主要集中在数字滤波器设计方面。

现在，在 TI 公司网站给出了滤波器设计 相关工具。相比 MATLAB中的 FilterDesign 软件工具包，TI 基于网页的滤波器设计工具非常简洁，对于结果呈现，电路实现更加的具体。下面让我们了解一下这个软件。

▲ 图1.1.1 TI 滤波器设计网页界面

Filter Design Tools : https://webench.ti.com/filter-design-tool/filter-type
▲ 图1.2.1 TI滤波器设计网页

TI 滤波器设计网页非常简洁，给出了滤波器设计的五个步骤，下面依次展示。当然，在正式使用前最后能够在TI 网站建立自己的用户并进行正确的登录。

常用到的滤波器包括有五个类型：

传统的滤波器设计，都是以低通滤波器作为原型进行设计，然后再通过参数变换，将低通滤波器设计结果转换成相应的其它类型的滤波器。TI 滤波器设计工具则一开始就让用户选择滤波器的种类。

对于每种滤波器，都有相应的参数进行描述。这一步骤在设计的第二步进行。

▲ 图1.2.3 低通滤波器的描述参数

选择滤波器中类之后，便进入滤波器响应参数输入部分。

设计界面包括三个部分：

参数输入面板：输入滤波器的通带、阻带的相关截止频率、衰减、波动等参数；
性能显示面板：显示滤波器的幅频特性、相频特性、群延迟特性以及单位阶跃响应；
选择滤波器类型：可以在 Bessel 、 Butterworth 、 Chebyshev 、Linear Phase0.5,0.05, Transitional Gaussian to 6db, 12db。

▲ 图1.2.4 声明滤波器响应对应的参数

下面给出了滤波器性能分析的选择界面对应的滤波器不同性能曲线。

▲ 图1.2.5 滤波器性能选择

下面为了说明滤波器的设计步骤，选择下面的低通滤波器性能指标作为举例进行设计。

▲ 。低通滤波器设计样例

在第二步输入滤波器的性能指标以及对应的滤波器通带与阻带特性之后，在第三步选择拓扑结构。

对于高阶滤波器，可能会有多个一阶、二阶滤波器经过串联而成。选择设计结构时，可以选择是否所有的串联滤波器是否使用相同的结构（一阶、或者两节结构）

在前面给定的结构之后，在这个步骤中软件给出了滤波器是由两级滤波器组成。下面动图显示了两级滤波器（第一级为一阶滤波器、第二级为二阶滤波器）对应的滤波器的性能（幅频特性、相频特性、群延迟、单位阶跃效应）。

▲ 图1.2.7 滤波器的两级对应的性能曲线

选择“Create Design” 便可将设计结果所对应的电路显示出来。这是一个三阶 Bessel 低通滤波器。

▲ 图1.2.8 电路图结构和相应的电路参数

在界面左边允许指定对应的运放工作条件并选择可以替代的OPAMP

▲ 图1.2.9 电路设计运放性能选择以及原器件参数误差

对于电路中电阻、电容可能的误差范围，在滤波器性能曲线中也给出了性能曲线可能的误差范围。

下面是在电阻、电容的精度都在10%左右，给出滤波器幅频特性的曲线。

▲ 图1.2.10 带有误差范围的滤波器幅频特性曲线

▲ 图1.2.11 带有误差的群延迟性能曲线

▲ 图1.2.12 带有误差的单位阶跃相应曲线

最终选择“Export” 输出设计的结果。