9-2 三种典型的滤波特性和开关电容滤波器
9-2三种典型的滤波特性和开关电容滤波器
只有该模式可以构成高通滤波器，也可以构成低通和带 通滤波器，其最大输入时钟频率小于模式1中采用的频率。 若采用独立的运算放大器，将模式3的高通输出和低通输出 相加，就可以构成带阻滤波器。
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
模式4：
IN SCN
SCN
A
S
ò
AAP=-1
AP
ABP=-2Q
BP
ò
LP
IN SCN
SCN
A
S
ò
BE
ABP=-Q
BP
ò
LP
ALP=-1
SCN
可以构成巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔型滤波器，实现 低通和带通滤波功能，也可以构成二阶带阻滤波器；该模式 与模式4支持高时钟频率。
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
模式2：
ABE1=-0.5，ABE2=-1
IN SCN
SCN
ALP=-2
SCN
仅有此模式提供全通滤波器输出方式，也能提供低通 和带通输出；该模式为最快的工作方式，但也应当注意此 模式下的f0和Q值具有四种模式中最大的取样误差。
9.3.3 一阶开关电容低通滤波器
1
2
SW3
SW4 C2
1
2
C
ui
SW1
SW2
C1
A
uo
R2
C
ui R1
A
uo
一阶开关电容滤波器及其等效电路
设 R1
TCP C1
,
R2
TCP C2
A usU U O IssR R 1 21s1 R 2CC C 1 21sT 1 C PC C 2
2. 三种频率响应函数的比较
滤波器稻谷书屋
例1
设计一个幅度平坦低通滤波器，要求从0-2.5千赫兹衰减不大于 1分贝， 20千赫兹以上衰减大于35分贝，信号源和负载电阻均为 600欧姆。
一、选择低通滤波器的形式。根据幅度平坦的要求， 选择巴特沃斯滤波器。
Ap表示最大通带衰减；p表示通带角频率； As表示阻带最小衰减；s表示阻带边缘角频率；
由题意可得：最大通带衰减Ap 是1分贝；通带频率是2.5千赫兹。
滤波器的分类
▪ 按其频率特性可分为低通（LPF）、高通（HPF）、 带通（BPF）和带阻（BEF）滤波器。
▪ 按其所用器件的特点可分为无源和有源滤波器。
无源滤波器是由无源器件构成。 电阻、电感和电容组成的RLC滤波器。 晶体滤波器是利用石英晶体薄片构成。 声表面波滤波器(SAW)：利用压电效应构成的。 有源滤波器是指在所构成的滤波器中，除无源器件外还含 有放大器等有源电路。
H ( j ) H ( j ) e j ()
▪ 相位延时
p ()
表示为：
p
(
)
(
)
它表示的是一个角频率为 的正弦信号通过滤波器后所
产生的延时。
▪ 群延时 g () 表示为：
g
(
)
d ( d
)
群延时描述的是一群不同频率的信号通过滤波器后所产生的 时间延迟，它是在指定频率范围内，相位-频率特性曲线在 不同频率处的斜率。
滤波器
一、滤波器的特性和分类
二、LC 滤波器 1. LC 串、并联谐振回路 2. 一般 LC 滤波器
三、有源 RC 滤波器
滤波器的特性
Vi(s) 输入 vi(t) 阻抗
滤波器
h(t) ,H(s)
输出 Vo (s) 阻抗 v0 (t)
开关电容滤波器详解
图 6 幅频响应曲线
2、在实际开关电路中输入幅值 100mv，频率分别为 500Hz，1kHz，5kHz 的的正弦波信号，
C4 20p
得到三个暂态响应如分别下图 7、图 8、图 9。
图 7
500Hz 时的暂态响应
图 8
1kHz 时的暂态响应
图 9
5kHz 的暂态响应
可以看到 500kHz 时， 输出信号幅值约为 100mv， 没有衰减。 1kHz 时， 输出信号幅值约为 700mv， 衰减了大约-3db。5kHz 时，输出信号的幅值只有 20mv 左右，衰减了很多。另外 5kHz 时可 以明显看到输出波形中有明显台阶， 这是因为在 100kHz 的开关频率下， 输入 5kHz 的正弦波， 则每个周期只包含 20 个台阶，所以看起来很明显，输入正弦波频率越低，则每个周期包含 的台阶数越多，看起来越不明显。注意以上的结果只是在一阶的情况下，如果将多个一阶滤 波器串联则可以得到高阶滤波器。这里将 4 个一阶滤波器串联，输入一个 1kHz 的方波验证 其滤波效果，如下图 10。v(3)~v(6)，分别是 1~4 阶滤波器的滤波输出，v(2)是输入的方波。 可以发现，滤波器的阶数越高，输出的波形越接近正弦波。
图 10
正弦波滤波效果验证
四、感想 通过此次作业我学会了写电路网表、使用 hspice，复习了开关电容的相关知识，增进了 对电路的理解。在不断修改电路参数的过程中，我体会到了模拟电路设计中的魅力 ----在不 断取舍中获取最佳的效果。例如开关如果采用传输门的形式它的导通电阻会比单个 nmos 管 小很多，且宽长比越大，导通电阻越小，但是这会带来更大的寄生电容，且后者对电路的影 响更大。因此在反复实验后我选择了最小宽长比的 nmos 作为开关。同样，如果取开关的工 作频率越高，每个正弦波周期里包含的台阶也会越多，但过高的开关频率，对 nmos 管的开 关速度带来了考验，因此最后折衷选取了 100kHz 的开关频率。
滤波器主要参数与特性指标-滤波器的主要性能参数
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载滤波器主要参数与特性指标-滤波器的主要性能参数地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容滤波器的主要参数（Definitions）：中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。
窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。
截止频率（Cutoff Frequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。
通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。
相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。
通带带宽（BWxdB）：指需要通过的频谱宽度，BWxdB=（f2-f1）。
f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准，下降X（dB）处对应的左、右边频点。
通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。
分数带宽（fractional bandwidth）=BW3dB/f0×100[%]，也常用来表征滤波器通带带宽。
插入损耗（Insertion Loss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。
纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。
带内波动（Passband Riplpe）：通带内插入损耗随频率的变化量。
1dB带宽内的带内波动是1dB。
带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。
2.3开关电容滤波器
第三节开关电容滤波器(Switched Capacitor Filter简称SCF)有源RC滤波电路的缺点：由于要求有较大的电容和精确的RC时间常数，以致于在芯片上制造集成组件难度大，几乎不可能。
随着MOS工艺的迅速发展，由MOS开关电容和运放组成的开关电容滤波器已于1975年实现了单片集成化。
其优点为：这种滤波器不需要模数转换器，就可以对模拟量的离散值直接进行处理。
与数字滤波器比较，省略了量化过程，因而具有处理速度快，整体结构简单等优点。
此外，它制造简单，价廉，因而受到各方面的重视，经过20多年的发展，开关电容滤波器的性能已达到相当高的水平，在某些应用场合大有取代一般有源滤波器的趋势。
⒈基本原理(电容器代替电阻)电路两点间接有高速开关的电容器，其效果相当于两节点间连接一个电阻。
图3-1(a)为一个有源RC低通滤波器(积分器)图3-1(b)中从1点到2点：一个接地电容C1和用做开关的源漏两极可互换的增强型MOSFET T1，T2来代替输入电阻R1。
工作过程分析：T1，T2用两个如图3-1(c)不重叠的两相时钟脉冲φ1,φ2来驱动。
假定时钟频率远高于信号频率。
⑴φ1为高电平，φ2为低电平期间T1导通T2截止。
等效电路如图3-1(d)：此时，C1与Vi相连并被充电，即有：q c1=C1*V1⑵φ2为高电平，φ1为低电平期间T1截止，T2导通。
等效电路如图3-1(e)：C1转接到运放的输入端，此时，C1放电，所充电荷传输到C2上。
由此可见，在每一个时钟周期Tc内，从信号源中提取的电荷供给了电容器C2。
因此，在节点1，2之间的平均电流为：i av=C1*V1/Tc如果Tc足够短，可近似认为这个过程是连续的，因此1，2之间的等效电阻为：Req=V I/i av=Tc/C1因此，可得到一个等效的积分器时间常数τ：τ=C2*Req=Tc*C2/C1结论：(1)显然影响波器频率响应的时间常数取决于时钟周期Tc和电容的比值C2/C1，而与电容的绝对值无关。
滤波电容
作用
滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。而且对于精密电路而言，往往这 个时候会采用并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。
低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主 要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。滤波电容在开关电源中起著非常重要的作用， 如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员十分关心的问题。
普通的低频电解电容器在万赫兹左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高 频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。
分类
一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量 级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）:
为了获得良好的滤波效果，电容放电必须慢，电容放电越慢，输出电压就越平滑、滤波效果就越好。而电容 放电的快慢跟电容的容量C和负载R有关，C和R越大,电容放电就越慢。
同时滤波电路中选择的滤波电容的电容量都比较大，最常用的为数百至数千微法的电解电容，要求高的场合 也有使用钽电容或铌电容的；但在几十千赫兹甚至更高频率的场合，对频率特性的要求比对容量的要求显得重要 得多 。
简介
n-35g的主滤波电容电解电容的一端为正极，另一端为负极，不能接反。正极端连接在整流输出电路的正端， 负极连接在电路的负端。在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更 加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。滤波电容在电路中的符号一般用“C"表示，电容量应根 据负载电阻和输出电流大小来确定。电源电压U越高，电容所带的电荷q越大。 当滤波电容达到一定容量后，加 大电容容量反而会对其他一些指标产生有害影响。
常见的滤波器类型及其特点
常见的滤波器类型及其特点滤波器是一种用于处理信号的电子设备或电路元件，它可以通过选择特定频率范围内的信号来增强或抑制信号。
在电子通信、音频处理、图像处理和数据处理等领域中，滤波器起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的滤波器类型及其特点。
一、低通滤波器（Low-pass filter）低通滤波器允许低频信号通过，同时抑制高频信号。
常见的低通滤波器包括RC低通滤波器、RL低通滤波器和Butterworth低通滤波器等。
1. RC低通滤波器：RC低通滤波器由电阻（R）和电容（C）组成，可以通过调整RC的数值来改变滤波效果。
该滤波器主要用于对音频信号和直流信号进行滤波，具有简单、成本低、频率响应平滑的特点。
2. RL低通滤波器：RL低通滤波器由电阻（R）和电感（L）组成，主要用于信号的衰减和频率分析。
相较于RC低通滤波器，RL滤波器具有更好的频率稳定性和阻尼特性。
3. Butterworth低通滤波器：Butterworth低通滤波器为典型的滤波器设计，具有平坦的幅频响应曲线和最小幅度损失，但转折点的陡度较低。
常用于音频信号和通信信号的滤波。
二、高通滤波器（High-pass filter）高通滤波器允许高频信号通过，同时抑制低频信号。
常见的高通滤波器包括RC高通滤波器、RL高通滤波器和Butterworth高通滤波器等。
1. RC高通滤波器：RC高通滤波器与RC低通滤波器相似，但输入和输出信号的位置交换。
该滤波器可以保留高频信号，并适用于去除直流信号。
2. RL高通滤波器：RL高通滤波器也与RL低通滤波器类似，具有良好的阻抗匹配和频率特性。
常用于音频处理和电信号分离。
3. Butterworth高通滤波器：Butterworth高通滤波器与Butterworth 低通滤波器相似，但是其功能相反。
它可用于音频信号的滤波和高频噪声去除。
三、带通滤波器（Band-pass filter）带通滤波器可以选择特定的频率范围内的信号，并抑制其他频率的信号。
电容滤波电路特点
电容滤波电路特点介绍电容滤波电路是一种常见的电子电路，用于滤除电源中的高频噪声和纹波，使得输出电压更加稳定。
它的特点包括高频信号的衰减、低频信号的通过以及对纹波的滤除等。
电容滤波电路的组成电容滤波电路主要由电容、电阻和电源组成。
电容作为滤波器的核心元件，起到存储电荷的作用，通过对电流的响应来滤除高频噪声。
电阻用于限制电流的流动，起到稳定电路的作用。
电源提供稳定的直流电压。
电容滤波电路的工作原理电容滤波电路的工作原理基于电容器的特性。
在电容器两端施加电压时，电容器会存储电荷，形成电场。
当电压源的电压发生变化时，电容器会通过电流的流动来响应。
由于电容器对频率较高的电流具有较低的阻抗，因此高频噪声会被滤除。
而对于低频信号，电容器的阻抗较高，电流难以通过，从而实现了低频信号的通过。
电容滤波电路的特点1.高频信号的衰减：电容滤波电路对高频信号具有较低的阻抗，从而能够有效地滤除高频噪声。
2.低频信号的通过：对于低频信号，电容滤波电路的阻抗较高，电流难以通过，因此低频信号可以较好地通过电路。
3.纹波的滤除：电容滤波电路能够有效地滤除电源中的纹波，使得输出电压更加稳定。
4.快速响应：由于电容器对电流变化具有较快的响应速度，电容滤波电路能够迅速调整输出电压，适应电源电压的变化。
电容滤波电路的应用电容滤波电路广泛应用于各种电子设备中，特别是需要稳定电压的场合。
以下是一些常见的应用： 1. 电源滤波：电容滤波电路可以用于电源中，滤除电源中的纹波和噪声，提供稳定的电压给其他电路使用。
2. 音频放大器：在音频放大器中，电容滤波电路可以滤除音频信号中的高频噪声，提供清晰的音频输出。
3. 通信设备：在无线通信设备中，电容滤波电路可以滤除高频噪声，提供稳定的电压给射频模块使用。
4. 直流电机驱动器：在直流电机驱动器中，电容滤波电路可以提供稳定的电压给电机，使得电机运行更加平稳。
电容滤波电路的设计注意事项在设计电容滤波电路时，需要注意以下几点： 1. 选择合适的电容值：电容值的选择需要根据滤波要求和负载电流来确定。
常用滤波电路
低通
.
.
Ui
高通
Uo
. A
Aup 1
低通
O
h
. A
Aup 1
O
. A Aup 1
高通 l
通 O
阻
通
h
l
(b) 带 阻 滤 波 电 路
19
带通、带阻滤波器
20
21
软件设计方式
• Filter Solutions • Nuhertz公司出品;Nuhertz公司是滤波器设计
软件的行业领军企业& • 软件设计方式;只要理解滤波器的特性;填写
– 1、当时钟频率一定时;开关电容滤波器的特性 仅取决于电容的比值&由于采用了特种工艺;这 种电容的比值精度可达0.01%;并且具有良好的 温度稳定性；
– 2、当电路结构确定之后;开关电容滤波器的特 性仅与时钟频率有关;改变时钟频率即可改变其 滤波器特性；
– 3、开关电容滤波器可直接处理模拟信号;而不 27
0.047 F 0.01 F
340Hz 1600Hz
9
滤波器概述
• 无源滤波器由电感、电容和电阻构成;在一 定频率范围内是很适用的&然而;在低频范围; 由于电感尺寸和性能的限制;无源滤波器是 不理想的&
• 有源滤波器是用有源器件来模拟电感特性& 我们所说的有源器件一般指运算放大器
• 开关电容滤波器：通过开关通断来模拟特 性
组成带通滤波电路; ω＞ωh的信号被低通滤 波电路滤掉; ω＜ωl的信号被高通滤波电路 滤掉; 只有当ωl＜ω＜ωh时信号才能通过; 显 然; ωh＞ωl才能组成带通电路&
18
.
低通
Ui
. A Aup 1
有源滤波器与开关电容滤波器的性能比较
有源滤波器与开关电容滤波器的性能比较摘要：为了对一低频信号进行带通滤波及放大，采用由R、C和集成运算放大器组成的有源带通滤波器与开关电容滤波器两种方案，通过对实验数据的分析得出，有源滤波器的无输入噪声比较小，但是信号在中心频率附近变化时，输出信号的相位变化比较大；开关电容滤波器可以方便的改变中心频率及Q值，但是无输入时噪声比较大。
关键词：有源滤波器；带通滤波；开关电容；放大对模拟信号进行滤波，其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。
根据频率滤波时，把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号，通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。
针对本应用所要求的带通滤波及放大，可以有多种方案，其中使用比较多的是由R、C及集成运放组成的有源带通滤波器和开关电容滤波器。
1 带通滤波器带通滤波器的主要性能参数有：(1)中心频率增益K0：输入为中心频率信号时的电压放大倍数。
(2)中心频率f0：它只与滤波用的电阻和电容元件的参数有关，是带通滤波器通带内电压增益最大点的频率。
(3)截止频率fL和fH：输出幅值为×输入×中心频率增益时所对应的频率，带通滤波器有两个，分别为低频截止频率fL和高频截止频率fH。
(4)通带宽度BW：高频截止频率fH与低频截止频率fL之差。
(5)品质因数Q；对带通滤波器而言，Q值等于中心频率f0与通带宽度BW之比。
2 有源滤波器有源滤波器是由无源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成运算放大器)组成。
这类滤波器的优点是：通带内的信号不仅没有能量损耗，而且还可以放大，负载效应不明显，多级相联时相互影响很小，利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器，并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽(由于不使用电感元件)。
缺点是：通带范围受有源器件(如集成运算放大器)的带宽限制，需要直流电源供电，可靠性不如无源滤波器高，在高压、高频、大功率的场合不适用。
本实验采用平常使用比较多的多路负反馈二阶带通滤波器，如图1所示。
开关电容滤波器基本原理
开关电容滤波器基本原理开关电容滤波器(Switched Capacitor Filter) 1. 简介 开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器。
开关电容滤波器可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器那样需要A/D、D/A变换，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。
此外，由于MOS器件在速度、集成度、相对精度控制和微功耗等方面都有独特的优势，为开关电容滤波器电路的迅猛发展提供了很好的条件。
2. 基本原理 SCF电路的实质是采样数据系统，它直接处理模拟连续信号。
与数字滤波器相比，省去了A/D、D/A装置，这也是SCF能很快进入应用的原因之一。
因此，SCF虽然在离散域工作，但仍属模拟滤波器之列。
各类SCF的设想主要起因于流过电阻器与开关电容的电荷相同。
这一点是很自然的，有源RC滤波技术已有效地取代了电感器，开关电容技术首先的设想当然是试图用开关电容(SC)来取代电阻器。
开关电容滤波器的基本原理是，电路的两节点间接有带高速开关的电容器，其效果相当于该两节点间连接一个电阻。
由MOS开关、电容器和运算放大器构成的一种离散时间模拟滤波器。
开关电容滤波器广泛应用于通信系统的脉冲编码调制。
在实际应用中它们通常做成单片集成电路或与其他电路做在同一个芯片上。
通过外部端子的适当连接可获得不同的响应特性。
某些单独的开关电容滤波器可作为通用滤波器应用。
例如自适应滤波、跟踪滤波、振动分析以及语言和音乐合成等。
但运算放大器带宽、电路的寄生参数、开关与运算放大器的非理想特性以及MOS器件的噪声等,都会直接影响这类滤波器的性能。
开关电容滤波器的工作频率尚不高，其应用范围目前大多限于音频频段。
开关电容滤波器 基本原理 最简单的开关电容滤波器见图1。
开关K置于左边时,信号电压源u1向电容器C1充电;K倒向右边时，电容器C1向电压源u2放电。
当开关以高于信号的频率fc工作时,使C1在u1和u2的两个电压节点之间交替换接,那幺C1在u1、u2之间传递的电荷可形成平均电流I=fcC1(u1-u2)，相当于图1a的u1和u2之间接入了一个等效电阻,其值为1/fcC1。
滤波电路中的滤波特性分析
滤波电路中的滤波特性分析滤波电路是电子系统中常用的一种电路，它可以去除信号中的杂波和干扰，以保证信号的质量和可靠性。
滤波特性是指滤波电路对不同频率信号的响应情况。
在本文中，我们将对滤波电路的滤波特性进行分析。
1. 低通滤波器低通滤波器可以通过让低频信号通过而抑制高频信号来实现滤波的效果。
常见的低通滤波器有RC低通滤波器和RLC低通滤波器。
其频率响应曲线呈现出在截止频率处逐渐下降的特点。
2. 高通滤波器高通滤波器则相反，它可以通过让高频信号通过而抑制低频信号来实现滤波的效果。
常见的高通滤波器有RC高通滤波器和RLC高通滤波器。
其频率响应曲线呈现出在截止频率处逐渐上升的特点。
3. 带通滤波器带通滤波器是可以通过让某一特定频率范围内的信号通过而抑制其他频率的信号来实现滤波的效果。
常见的带通滤波器有LC带通滤波器和RLC带通滤波器。
其频率响应曲线在特定频率范围内呈现出较高的增益，而在其他频率处则有较低的增益。
4. 带阻滤波器带阻滤波器则相反，它可以通过让某一特定频率范围内的信号被抑制而使其不通过，而其他频率的信号则可以通过。
常见的带阻滤波器有LC带阻滤波器和RLC带阻滤波器。
其频率响应曲线在特定频率范围内呈现出较低的增益，而在其他频率处则有较高的增益。
5. 滤波器的性能参数在分析滤波特性时，我们还需要考虑滤波器的一些性能参数，如截止频率、增益、带宽等。
截止频率是指当信号的频率达到一定值时，滤波器开始起作用，信号被抑制或通过的程度会发生变化。
增益则是指信号经过滤波器后的输出与输入之间的比例关系。
带宽则是指滤波器对信号有效传输的频率范围。
综上所述，滤波电路中的滤波特性是指滤波器对不同频率信号的响应情况。
不同类型的滤波器具有不同的滤波特性，如低通滤波器能够抑制高频信号，高通滤波器则能够抑制低频信号，而带通滤波器和带阻滤波器则分别能够通过或抑制特定频率范围内的信号。
在分析滤波特性时，我们还需要考虑滤波器的截止频率、增益和带宽等性能参数。
滤波器的分类及特点
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载滤波器的分类及特点地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容滤波器的分类按元件分类，滤波器可分为：有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等。
按信号处理的方式分类，滤波器可分为：模拟滤波器、数字滤波器。
按通频带分类，滤波器可分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。
除此之外，还有一些特殊滤波器，如满足一定频响特性、相移特性的特殊滤波器，例如，线性相移滤波器、时延滤波器、音响中的计杈网络滤波器、电视机中的中放声表面波滤波器等。
按通频带分类，有源滤波器可分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）等。
按通带滤波特性分类，有源滤波器可分为：最大平坦型（巴特沃思型）滤波器、等波纹型（切比雪夫型）滤波器、线性相移型（贝塞尔型）滤波器等。
按运放电路的构成分类，有源滤波器可分为：无限增益单反馈环型滤波器、无限增益多反馈环型滤波器、压控电源型滤波器、负阻变换器型滤波器、回转器型滤波器等。
有源 HYPERLINK"/tech/qtdz/200010160002/28567.html" \t "_blank" 滤波器的特点及分类1.有源滤波器的特点有源滤波器的频率范围是由直流到500KHZ，在低频范围内已取代了传统的LC滤波器。
特别是在很低频率下不可能实现LC滤波器，但有源滤波器却能给出满意的结果。
1、有源滤波器它的输入阻抗高，输出阻抗极低，因而具有良好的隔离性能，所以各级之间均无阻抗匹配的要求。
2、易于制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器且调整容易。
滤波器的种类归纳
滤波器的种类滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。
利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。
换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。
滤波的概念滤波是信号处理中的一个重要概念，滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。
一般来说，滤波分为经典滤波和现代滤波。
经典滤波是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念，根据高等数学理论，任何一个满足一定条件的信号，都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。
换句话说，就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的，组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。
只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做经典滤波器或滤波电路。
在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的（硬件方面的滤波器其实进展并不大），但现代滤波还加入了数字滤波的很多概念。
滤波电路的原理当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感应电动势将阻止电流的变化。
当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。
因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。
在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。
只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。
L愈大，滤波效果愈好。
滤波器的作用1、将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性及信噪比；2、滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度；3、从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。
理想滤波器与实际滤波器理想滤波器使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。
滤波电路的分类与特性
滤波电路的分类与特性滤波电路是电子工程中常见的一种电路，用于去除信号中的噪声和杂波，从而获得更清晰、更稳定的信号。
根据其频率响应和工作原理的不同，滤波电路可以分为多种类型，每种类型都有其特有的特性和应用。
本文将就滤波电路的分类和特性做一简要介绍。
1. 低通滤波器低通滤波器是最常用的滤波电路之一，它允许低频信号通过，而阻止高频信号通过。
其频率响应曲线呈现出一种类似于阻塞高频的特点。
低通滤波器主要用于去除高频噪声，并保留低频信号，常见的应用场景包括音频放大器和无线通信系统中。
低通滤波器还可以分为一阶低通滤波器和二阶低通滤波器，其阻带衰减和斜率不同，适用于不同的应用需求。
2. 高通滤波器与低通滤波器相反，高通滤波器将高频信号通过，而阻止低频信号通过。
其频率响应曲线呈现出一种类似于阻塞低频的特点。
高通滤波器主要用于去除低频噪声，常见的应用包括音频处理和语音识别等领域。
与低通滤波器类似，高通滤波器也可以分为一阶和二阶，其阻带衰减和斜率也不同。
3. 带通滤波器带通滤波器可以选择性地通过一定频率范围内的信号，并阻止其他频率范围的信号。
其频率响应曲线呈现出中心频率附近通过和两侧阻止的特点。
带通滤波器常见的应用场景包括收音机和通信设备中，用于接收特定频段的信号。
4. 带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波器相反，它可以选择性地阻止一定频率范围内的信号，并通过其他频率范围的信号。
其频率响应曲线呈现出中心频率附近阻止和两侧通过的特点。
带阻滤波器主要用于去除特定频带的干扰信号，例如电源线上的频率噪声。
除了常见的低通、高通、带通和带阻滤波器之外，还存在一些特殊类型的滤波电路，如全通滤波器和陷波滤波器。
全通滤波器可以通过信号的全部频率分量，只变换其相位而不改变振幅；陷波滤波器用于特定频率的信号的抑制，通常用于去除杂音或突发噪声。
滤波电路的特性还包括增益的稳定性、相位延迟、通频带宽等。
选择正确的滤波电路类型可以根据所需信号的频率范围和处理需求来确定。
开关电容滤波器
3.1.4电容滤波器应用实例
部分单片滤波器型号和生产厂家
单片滤波器型号
结构与功能
生产厂家
MF10
双2阶通用开关电容滤波器（SCF）
National S关电容单元
串联开关电容单元
一阶低通滤波器
Uo以阶梯波向Um逼近
一阶低通滤波器的时间常数
SCF的特点
MOS集成技术能使SC接近于理想时间常数。Uo的跳变以及时间常数只取决于电容比值，而与绝对值无关 决定开关电容电路的本质行为是各个电容器中的电荷转移。
MAX26X系列
可编程通用SCF（带微处理机接口）
Maxim
UAF42458
有源滤波器（100KHz）FIR（Finite Impulse Response）滤波器
Burr Brown NCR
74HCT297
数字锁相环滤波器
Philips
AD896
可编程Bessel滤波器
Analog
ML2110
双 2阶通用 SCF
小结
精密检波电路 精密半波检波电路的电路组成，工作原理； 几种全波电路，各自的优缺点。 鉴相电路： 几种鉴相电路，各自的特点，测量范围；
小结
积分器： 积分器的工作原理（推导、计算），积分器的误差分析（积分漂移）； 电压比较器的特性分析，画传递函数特性曲线，求比较点，根据输入画输出波形等。
Micro Linear
SCF(开关电容滤波器)的特点使用电容和模拟开关代替电阻，通过调整频率来调整电阻值的变化。 SCF的兴起，对滤波器的生产和设计都带来了革命性的变化。各种程控的、高性能的滤波器层出不穷。 SCF的设计可以用专门的软件，也可设计成智能化的、调节方便的特色滤波器电路。
各种滤波电容
各种滤波电容
以下是一些常见的滤波电容：
1. 陶瓷电容（Ceramic Capacitor）：陶瓷电容是最常见的滤波电容之一。
它们具有小体积、高容量和低成本的优点，可以用于直流滤波和高频噪声抑制。
2. 铝电解电容（Aluminum Electrolytic Capacitor）：铝电解电容是一种极化电容，具有较高的容量和较低的成本。
它们适用于大电容值的滤波应用，如电源滤波电路。
3. 无极性电容（Non-polarized Capacitor）：无极性电容可以在正反两个方向上都使用，而不需要考虑其放置方向。
它们通常用于低频滤波和耦合应用。
4. 有机聚合物电容（Polymer Capacitor）：有机聚合物电容是一种高性能的滤波电容，具有低ESR（等效串联电阻）和低损耗特性。
它们通常用于高频滤波和电源耦合。
5. 薄膜电容（Film Capacitor）：薄膜电容具有较高的精度和稳定性，并且能够处理高功率和高温环境。
它们适用于
要求较高性能的滤波和耦合应用。
这些是常见的滤波电容类型，选择适合特定应用的电容时，需要考虑其容量、工作电压、温度稳定性和频率响应等参数。
9.2滤波
二、低通滤波器
• ⑵简单二阶电路 • 一阶电路很简单，但幅频特性的衰减率只有-20dB/十 倍频，效果不好，若要求响应曲线以-40dB或-60dB/十 倍频的斜率变化，则需采用二阶、三阶或更高阶的滤波 器。实际上，高于二阶的滤波器都可以由一阶和二阶的 有源滤波器构成，所以我们重点研究二阶有源滤波器。 • 只要将RC网络由一节改为二节，即构成简单的二阶 LPF。
一、滤波电路的基础知识
• 4、有源滤波电路的传递函数 • 分析有源滤波电路，一般用拉氏变换，把电压电流 换成象函数U(s)和I(s)，电阻的R(s)=R，电容的 ZC(s)=1/(sC)，电感的ZL(s)=sL，输出量与输入量之比 称为传递函数：
U O (s) Au ( s ) U i ( s)
一、滤波电路的基础知识
• 上图有源滤波器的传递函数为
U O ( s) U P ( s) Au ( s) U i ( s) U i ( s) 1 1 1 sRC R sC 1 sC
二、低通滤波器
• 1、同相输入低通滤波器 • ⑴一阶电路传递函数为：
U O (s) R2 Au ( s ) (1 )U P ( s ) U i (s) R1 R2 1 (1 ) R1 1 sRC
1 R2 1 用j取代s, 令f 0 , 得 Au (1 ) 2RC R1 1 j f f0
二、低通滤波器
• 式中f0称为特征频率。令f=0，可得通带放大倍数：
AuP
R2 1 , 当f f 0时， Au R1
AuP 2 , 故f P f o
即过渡带的斜率为 20 dB / 十倍频。
一、滤波电路的基础知识
• 当该电路带上负载后，通带放大倍数减小，截止频 率升高。
各种滤波电容
各种滤波电容电容器是一种常见的电子元器件，用于存储和释放电荷。
在电路中，电容器主要用于滤波电路中。
滤波电容是一种用于滤波作用的电容器，常见的滤波电容有低通滤波电容、高通滤波电容、带通滤波电容和带阻滤波电容等。
下面将介绍这些滤波电容的原理和应用。
1.低通滤波电容低通滤波电容是一种用于降低高频信号传输的电容器。
其工作原理是将信号中的高频成分滤除，只传递低频信号。
低通滤波电容常常与电阻串联使用，形成RC低通滤波电路。
在RC低通滤波电路中，电容器以高阻抗的方式对高频信号进行阻断，而对低频信号则具有较低的阻抗，在电路中起到降低高频成分的作用。
2.高通滤波电容高通滤波电容是一种用于降低低频信号的电容器。
其工作原理是将信号中的低频成分滤除，只传递高频信号。
高通滤波电容也常常与电阻串联使用，形成RC高通滤波电路。
在RC高通滤波电路中，电容器以低阻抗的方式对低频信号进行通过，而对高频信号则具有较高的阻抗，从而达到降低低频成分的目的。
3.带通滤波电容带通滤波电容是一种用于滤除特定频率范围内的信号的电容器。
其工作原理是通过串联的形式将特定频率范围内的信号通过，而滤除其他频率的信号。
带通滤波电容常常与电感器结合使用，形成LC带通滤波电路。
在LC带通滤波电路中，电容器对频率接近其共振频率的信号呈低阻抗，从而将其通过，而对其他频率的信号呈高阻抗，从而滤除。
4.带阻滤波电容带阻滤波电容是一种用于滤除特定频率范围内的信号的电容器。
其工作原理是通过并联的形式将特定频率范围内的信号滤除，而传递其他频率的信号。
带阻滤波电容常常与电感器结合使用，形成LC带阻滤波电路。
在LC带阻滤波电路中，电容器对频率接近其共振频率的信号呈高阻抗，从而将其滤除，而对其他频率的信号呈低阻抗，从而通过。
在实际应用中，滤波电容广泛应用于各种电子设备和电路中。
例如，低通滤波电容常用于音频设备中，用于滤除高频噪声，使音频信号更加清晰。
高通滤波电容常用于通信设备中，用于滤除低频干扰，提高通信质量。
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Q C i (u1 u2 ) TCP TCP
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：
u1 u2 TCP 1 R i C Cf CP
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。
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
模式4： AAP=-1
AP SCN IN SCN
ABP=-2Q
BP
A
S
ò
ò
LPLeabharlann ALP=-2SCN
仅有此模式提供全通滤波器输出方式，也能提供低通 和带通输出；该模式为最快的工作方式，但也应当注意此 模式下的f0和Q值具有四种模式中最大的取样误差。
1 BP LPA 24 A 2 NC INB 23 3 HP LPB 22 A 4 NC BPB 21 5 IN D0 20 A 6D OSCO 19 1 7A GND 18 3 8 CLKO V- 17 9 V+ WR 16 10 A A0 15 2 11 CLK HPB 14 A 12 CLK A1 13 B
9.3.2 一阶RC低通环节
1
Ui
S1 C1
2
S2 C2
两相时钟1和2的频率
Uo
率，开关电容单元等效为电 阻：
的频 f CP 远大于输入信号 U i
TCP R C1
开关电容低通滤波器
R + Ui _ + Uo _
时间常数： RC2
C2
C2 TCP C1 C1
通带截止频率：f 1 C2 f P CP
BP
A
S
ò
ò
LP
ALP=-1
SCN
可以构成巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔型滤波器，实现 低通和带通滤波功能，也可以构成二阶带阻滤波器；该模式 与模式4支持高时钟频率。
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
模式2： ABE1=-0.5，ABE2=-1
BE SCN IN SCN
ABP=-0.707Q
BP
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:
H ( ) 1 1 2 2n
n是滤波器的阶数
是决定最大通带起伏量的常数
/ c
c是-3dB的截止频率
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。
2π
9.3.2 一阶RC低通环节
1 C2 fP f CP 2π C1
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 电容的绝对值无关。集成工艺制作的MOS电容比的精度优 于0.01%，温度系数小于10ppm/℃。所以集成开关电容滤波 器的截止频率准确度高且稳定性好。
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:
Bn (0) H ( s) Bn ( s )
贝塞尔多项式
n是滤波器的阶数
n
Bn ( s) bi s i
i 0
(2n i)! bi n-i 2 i !(n i)!
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。
A
S
ò
ò
LP
ALP=-0.5
SCN SCN
可以构成低通、带通和带阻滤波器。与模式1相比，其 主要优点在于能够获得更高的Q值和低噪声输出。
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
模式3：
AHP=-1
HP SCN
ABP=-Q
BP
IN
SCN
A
S
ò
ò
LP
ALP=-1
SCN SCN
只有该模式可以构成高通滤波器，也可以构成低通和带 通滤波器，其最大输入时钟频率小于模式1中采用的频率。 若采用独立的运算放大器，将模式3的高通输出和低通输出 相加，就可以构成带阻滤波器。
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。
R
R
C1 C2
R
C3
A
uI
uO
三阶压控型低通滤波器
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，
滤波器过渡带的幅频特性越陡峭，这种失真越严重。
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。
4. 滤波器的瞬态特性
Uo/V 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 4 8 12
切比雪夫
贝塞尔
巴特沃斯
t /s
三种滤波器的冲激响应
9.3 开关电容滤波器
9.3.1 开关电容模拟电阻
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。
1
1 SW1 SW2 C
2
2
1 2
u2(t)
TCP t TCP t
u1(t)
开关电容模拟电阻
时钟驱动信号
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，
C1 0.05647μF
C2 0.08136μF
C3 0.01451μF
贝塞尔型低通滤波器幅频特性的仿真
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。
Filter A
Filter B
CLKB 编程输入端
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
MAX260的一组二阶滤波单元结构:
SCN——开关电容结构 S1 SCN IN SCN S1 S2 S3 模式选择 M0,M1 2 模式 SCN Q0~Q6 7 Q SCN 编程内存 接口逻辑电路 2 4 D0D1 A0~A3 /WR CLK OSC OUT CLK OUT S3 F0~F5 f0 6 CK ¸2 采样 保持 BE/HP/AP
2. 三种频率响应函数的比较 切比雪夫型低通滤波器的幅频响应:
H ( ) 1
2 1 2 Cn ( )
切比雪夫多项式
2< 1
c是-3dB的截止频率
/ c
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。
C1 0.13926μF
C2 0.35468μF
C3 0.02025μF
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，
C1 0.30140μF
C2 2.6937μF
C3 0.01451μF
切比雪夫型低通滤波器幅频特性的仿真
BP
A
S2
S
ò
ò
LP
MAX260的滤波单元结构
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
在MAX260的滤波单元中，可采用多种方式配置加法放 大器和积分器，实现不同的滤波功能。该芯片通过将编程模 式字写入编程内存来选择工作模式。 ABE1=ABE2=-1 模式1：
BE SCN IN SCN
ABP=-Q
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
MAX260是美国 MAXIM 公司生产的程控滤波器芯片， 可以通过微处理器编程控制滤波器的传递函数，不需要外接 元件即可构成低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，简化 MAX260 了有源滤波器的设计过程。 MAX260芯片内含两个独立的 二阶开关电容滤波单元，每个滤波 单元的中心频率f0、品质因数Q及工 作模式均可由程序设置。通过编程 可以设置64种f0、128个Q值及四种 工作模式。芯片内部两个独立的滤 波单元分别用A、B 表示。
9.3.1 开关电容模拟电阻
1
1 SW1 SW2 C
2
2
1 2
u2(t)
TCP t TCP t
u1(t)
1
S1
2
C S2
由两相时钟1和2控制开关 S1、S2。
uo
uI
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
9.3.1 开关电容模拟电阻
MAX260的引脚图
9.3.4 集成开关电容滤波器MAX260
MAX260通过滤波单元的级联，可以实现四阶滤波器。 由MAX260构成的四阶带通滤波器如图所示。
ui +5V V+ GND -5V VCLKA OSCO CLKO 晶振
MAX260构成的四阶带通滤波器
uo IN LP HP BP IN LP HP BP
9.3.3 一阶开关电容低通滤波器
1
SW3
2
SW4 C2
R2 C ui R1 uo