三种典型滤波特性和开关电容滤波器
滤波器基本知识
有源滤波器Active Filter(信号分离电路) 测量系统从传感器拾取的信号往往包含噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其它处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从面影响测量精度。
这些噪声一般随机性很强，很难从时域中直接分离，但限于其产生的机理，其噪声功率是有限的，并按一定规律分布于频率域中某一特定频带中。
滤波器（信号分离电路）：从频域中实现对噪声的抑制，提取所需要的信号，是各种测控系统中必不可少的组成部分。
对滤波器的要求：(1)滤波特性好；(2)级联特性好(输入，输出)；(3)滤波频率便于改变滤波器举例：心电信号的滤波：主要受到50Hz的工频干扰，采用50Hz陷波(带阻)滤波器。
一.滤波器的基本知识⒈按处理信号的形式分类：模拟:连续的模拟信号(又分为：无源和有源)数字：离散的数字信号。
⒉理想滤波器对不同频率的作用：通带内，使信号受到很小的衰减而通过。
阻带内，使信号受到很大的衰减而抑制，无过渡带。
⒊按频谱结构分为5种类型：滤波器对信号不予衰减或以很小衰减让其通过的频段称为通带；对信号的衰减超过某一规定值的频段称为阻带；位于通带和阻带之间的频段称为过渡带。
根据通带和阻带所处范围的不同，滤波器功能可分为以下几种：低通(Low Pass Filter)高通(High Pass Filter)带通(Band Pass Filter)带阻(Band Elimination Filter)全通(All Pass Filter)（理想）各种频率信号都能通过，但不同的频率信号的相位有不同的变化，一种移相器。
图2-2 按频谱结构分类的各种滤波器的衰减（1-幅频）特性几个定义：(1)通带的边界频率：一般来讲指下降—3dB即对应的频率。
(2)阻带的边界频率：由设计时，指定。
(3)中心频率：对于带通或带阻而言，用f0或ω0表示。
(4)通带宽度：用Δf0或Δω0表示。
(5)品质因数：衡量带通或带阻滤波器的选频特性。
电路中的滤波器了解滤波器的种类和应用领域
电路中的滤波器了解滤波器的种类和应用领域电路中的滤波器——了解滤波器的种类和应用领域滤波器是一种常见的电路元件，用于过滤电路中的信号，使得特定频率范围内的信号通过，而削弱或排除其他频率范围的信号。
滤波器在电子设备和通信系统中具有广泛的应用。
本文将介绍滤波器的种类和应用领域。
一、低通滤波器低通滤波器允许低于截止频率的信号通过，而削弱高于截止频率的信号。
其频率特性曲线被称为“低通滤波特性”。
低通滤波器常用于音频放大器、功放、音响系统等设备中，以去除高频噪声，使音频信号更加纯净。
二、高通滤波器高通滤波器允许高于截止频率的信号通过，而削弱低于截止频率的信号。
其频率特性曲线被称为“高通滤波特性”。
高通滤波器常用于扬声器系统、无线通信系统中，以去除低频噪声，增强高频信号的传输。
三、带通滤波器带通滤波器允许特定频率范围内的信号通过，而削弱其他频率范围的信号。
其频率特性曲线呈现出中间一段较高的增益区域，被称为“带通滤波特性”。
带通滤波器常用于无线电接收器、音频设备等，以选择性地提取特定频率范围内的信号。
四、带阻滤波器带阻滤波器允许特定频率范围外的信号通过，而削弱特定频率范围内的信号。
其频率特性曲线呈现出中间一段较低的增益区域，被称为“带阻滤波特性”。
带阻滤波器常用于无线电发射器、噪声干扰抑制等场合，以削弱或屏蔽特定频率范围内的干扰信号。
五、应用领域1.音频设备领域：滤波器在音频设备中起到重要作用。
通过低通滤波器，可以削弱或排除音频信号中的高频噪声，提高音质；通过高通滤波器，可以削弱或排除低频噪声，增强高频信号的传输。
2.无线通信系统：滤波器用于调制和解调电路中，以去除频域外的干扰信号。
例如，在收音机中使用带通滤波器选择性地接收特定频率范围内的广播信号。
3.电源滤波：滤波器常用于电源供应中，以去除电源信号中的纹波（AC信号），保证电源的稳定性和纯净性。
4.图像处理：在图像处理中，滤波器用于增强或削弱特定频率的图像信号。
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。
电源滤波详细解析
整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。
为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。
无涯滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波（包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波等）。
有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。
直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。
脉动系数（S)＝输出电压交流分量的基波最大值／输出电压的直流分量半波整流输出电压的脉动系数为S=1.57，全波整流桥式整流的输出电压的脉动系数S≈0.67。
对于全波和格式整流电路采用C型滤波电路后，其脉动系数S=1/(4(RLC/T-1)。
（To整流输出的直流动电压的周期。
）电阻滤波电路RC-π型滤波电路，实质上是在电容滤波的基础上再加一级RC滤波电路组成的。
如图1（B）RC滤波电路。
若用S表示C1两端电压的脉动系数，则输出电压两端的脉动系数S=（1/ωC2R）S。
由分析可知，电阻R的作用是将残余的纹波电压降落在电阻两端，最后由C2再旁路掉。
在ω值一定的情况下，R愈大，C2愈大，则脉动系数愈小，也就是滤波效果就好。
而R值增大时，电阻上的直流压降会增大，这样就增大了直流电源的内部损耗；若增大C2的电容量，又会增大电容器的体积和重量，实现起来也不现实。
这种电路一般用于负载电流比较小的场合。
电感滤波电路根据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C及电感L所组成的滤波电路的基本形式如图1所示。
因为电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C并联在负载两端。
电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。
并联的电容器C在输入电压升高时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容器中。
而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放出来。
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。
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。
5v开关电源滤波
5v开关电源滤波
在设计5V 开关电源时，滤波是一个重要的考虑因素，以确保输出电压平稳、干净，减小电源中的噪声。
以下是一些常见的滤波技巧：电容滤波：在输出端并联一个电容器，用于吸收高频噪声并稳定输出电压。
电容的容值和类型取决于电源的设计要求。
电容器的电压容量应大于电源的最大输出电压。
电感滤波：在输出端串联一个电感，用于过滤高频噪声。
电感值的选择和电源设计有关，通常用于对抗开关电源产生的高频涟漪。
磁珠滤波器：在电源线中串联一个磁珠，用于抑制高频噪声。
磁珠是一种具有高阻抗的器件，适用于高频滤波。
LC滤波器：使用电感和电容的组合构成LC 滤波器，以滤除电源中的高频噪声。
这种方法在开关电源设计中较为常见。
RC滤波器：串联一个电阻和电容组成RC 滤波器，用于去除高频噪声。
虽然对于开关电源来说，RC 滤波器的效果较差，但在某些情况下仍然有用。
线性稳压器：在开关电源输出之前使用线性稳压器，它能够提供额外的滤波效果，并确保输出电压的稳定性。
这对于对电源纹波和噪声要求较高的应用可能很有用。
在选择滤波元件和配置时，需要根据具体的应用需求、负载特性和电源设计参数来调整。
建议参考相关的开关电源设计手册，并进行必要的仿真和测试以确保设计的性能和稳定性。
电路中的滤波器有哪些类型
电路中的滤波器有哪些类型在电路中，滤波器是一种用于削弱或消除特定频率的信号的设备。
滤波器可以被广泛应用于音频设备、通信系统和电子测量设备中。
根据不同的工作原理和频率特性，滤波器可以被分为多种类型。
本文将介绍电路中常见的几种滤波器类型。
一、低通滤波器低通滤波器是一种允许低于截止频率的信号通过的滤波器。
它主要用于过滤高频噪音和干扰信号，使得只有低频信号能够通过。
低通滤波器在音频处理、功放电路以及无线通信等领域得到广泛应用。
常见的低通滤波器有电容滤波器和RC低通滤波器。
二、高通滤波器高通滤波器与低通滤波器相反，它允许高于截止频率的信号通过，而抑制低频信号。
高通滤波器主要用于滤除低频噪声和直流偏置信号。
在音频设备中，高通滤波器常用于音乐播放器和话筒等设备中，以滤除低频背景噪音。
常见的高通滤波器包括电感滤波器和RC高通滤波器。
三、带通滤波器带通滤波器可以选择一定频率范围内的信号通过，而削弱其他频率范围内的信号。
带通滤波器常用于音频设备中的频率调节，使得用户可以选择想要的频率范围。
带通滤波器可分为无源滤波器和有源滤波器两种类型。
无源滤波器主要由电容、电感和电阻等被动元件组成，而有源滤波器则引入了放大器等主动元件。
四、带阻滤波器带阻滤波器与带通滤波器相反，它主要用于抑制一定频率范围内的信号，而允许其他频率范围的信号通过。
带阻滤波器常用于陷波、降噪和频率选择等应用中。
常见的带阻滤波器有陷波器和巴特沃斯带阻滤波器。
五、全通滤波器全通滤波器的作用是通过保持信号的幅度和相位特性，不改变信号的频率组成。
全通滤波器在音频信号处理和通信系统中起到重要作用。
常见的全通滤波器有比例性滤波器和相位平移滤波器。
六、数字滤波器数字滤波器是一种基于数字信号处理技术设计和实现的滤波器。
它以数字信号作为输入和输出，并通过数字算法对信号进行滤波处理。
数字滤波器具有灵活性高、精度高以及易于实现等优点，在数字音频处理、通信系统、雷达系统等领域得到了广泛应用。
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
开关电容滤波器基本原理
模拟电路网络课件第四十一节:开关电容滤波器8.6 开关电容滤波器一、开关电容滤波器基本原理开关电容滤波器是由MOS电容、开关和运放组成，其整体结构简单、制造简易、价廉，性能较好，大有取代一般滤波器的趋势。
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。
图1a所示是一个有源RC积分器。
在图b中，用一个接地电容C1和用作开关的源、漏极可互换的增强型MOS三极管T1、T2来代替输入电阻R1（注意此处T1、T2用的是简化符号）。
图中T1、T2用一个不重叠的两相时钟脉冲来驱动（见图1c。
假定时钟频率fc(=1/Tc)远高于信号频率，那么，在f1为高电平时，T1导通而T2截止[见图1d]。
此时C1与输入信号vI相连，即有：qC1=C1vI而在f2为高电平时，T1截止，T2导通。
于是，C1转接到运放的输入端，如图e所示。
此时，C1放电，将C1原来所充电荷qC1传输到C2上。
由此可见，在每一时钟周期Tc内，从信号源中提取的电荷qC1=C1vI。
供给了积分电容C2。
因此，在节点1、2之间流过的平均电流为如果Tc足够短，可以近似认为这个过程是连续的，因而由上式可以在两节点间定义一个等效电路Req，即和（1）这样，就可以得到一个等效的积分时间常数（2）显然，影响滤波器频率响应的时间常数取决于时钟周期TC 和电容比值C2/C1，而与电容的绝对值无关。
在MOS工艺中，电容比值的精度可以控制在0.1%以内。
这样，只要选用合适的时钟频率（如fc=100kHz），和不太大的电容比值（如10），对于低频率应用来说，就可获得合适的时间常数（如10–4s）。
二、同相开关电容积分器和反相开关电容积分器开关电容积分器电路如图1所示。
由图a可知，当f1为高电平，T1、T3导通，vI对C1充电；当vI为正，在图示vC1的假定正向下，充电结果vC1有一负电压。
当f2为高电平时，vC1将加到运放的反相端，使vO为正，与vI同相，因此，图1a是同相积分电路。
滤波器的分类及特点
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。
3、如果使用电位器、可变电容器，有源滤波器的频率精度易于达到0.5%。
4、不用电感器,体积小、重量轻，在低频情况下,这种优点就更极为突出。
5、设计有源滤波器比设计LC滤波器具灵活性，也可得到电压增益。
但是应当注意，有源滤波器以集成运放作有源元件,所以一定要电源,输入小信号时受运放带宽有限的限制，输入大信号时受运放压摆率的限制，这就决定了有源滤波器不适用于高频范围。
目前实用范围大致在100KHZ以内,另一方面，在频率高于100KHZ时，无源滤波器的性能却比有源滤波器的好，当频率高于10MHZ时，无源滤波器则更显得优越.2。
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。
9-2三种典型的滤波特性和开关电容滤波器 共25页
ò
LP
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。
谢谢！
9.2.8 三种典型的滤波特性
1. 滤波特性 滤波器的设计目标是根据不同的实际要求，实现其最
佳的近似理想特性。 ——巴特沃斯特性曲线
——切比雪夫特性曲线
——贝塞尔特性曲线
每一种滤波器(LPF、HPF、BPF、BEF)都能通过改变 与时间常数有关的元件参数获得与巴特沃斯、切比雪夫或 贝塞尔特性曲线相对应的滤波特性。
CK ¸2
接口逻辑电路
2
4
D0D1 A0~A3 /WR CLK OSC OUT CLK OUT
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。
C10.05647μF C20.08136μF C30.01451μF
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。
C10.13926μF C20.35468μF C30.02025μF
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，
3.10 开关电容(SC)滤波器
3.10 开关电容（SC ）滤波器用开关和电容来仿真电阻，构成的有源滤波器。
适于集成制造，具有精度高、价格低、使用方便灵活的特点。
此外还有：输入阻抗高、输出阻抗低、工作频率低（可达0.1Hz ）、电路简单、易调节参数等优点。
缺点是：有高频噪声产生、动态范围限制在80dB 左右、高频工作频率限制大约为200kHz 。
3.10.1 开关电容工作原理开关电容工作原理当开关S 1、S 2以较高频交替通断时，电源间歇向电容提供充电电流，从电源端看开关与电容部分相当于一个持续消耗电能的电阻。
为保证电源不会短路，S 1、S 2可以采用以1S C 、2S C 为触发信号的MOS 型开关。
一个周期内，电源提供给电容的电荷量：S u C q ⋅=，若开关频率为S f ，则单位时间内电源提供的电荷量S S S f Cu f q Q =⋅=，平均电流S S f Cu Tqi ==， SC 网络入端等效电阻SS Cf i u R 1==，如果用这样一个仿真电阻构成积分器如下图：开关电容反相积分器这里，开关1上的电容充电电流与开关2上的电容放电电流只在时间上相差半个周期，其他均相同。
sfCCCCfssRCsHSS1111)(111⋅-=⋅⋅-=-=，积分常数SfCC11=τ，由于开关频率Sf可以调节，所以积分常数是可调的，并且积分常数由容量比决定，而不再与具体电容值有关。
在制造集成SC滤波器时，所用到的器件（电容、电阻、开关等）均采用MOS技术实现，简化了制造工艺，有利于提高集成度。
但是依赖于集成MOS 技术制造的电容，容量很难精确控制，误差会达到30%以上，不过依赖于同种制造工艺的电容，容量比却可以十分精确，精度可以达到0.1%以上。
因此，借助于SC来实现电阻的集成滤波器，集成度高而且很精确。
当一个集成的通用滤波器器件内部需要用到多个SC仿真电阻时，每个仿真电阻都有一个Sf控制端，这样就衍生出了可编程SC滤波器，不改变器件结构，通过编程指令改变滤波器的性能和参数。
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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
Au
s
UO s UI s
R2 R1
1 1 sR2C
C1 C2
1 1 sTCP
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
1 2Cn2 ( )
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。
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
1 S1
u1
2 S2
当开关S1闭合，S2断开时，
C
u2 u1对C充电。
充电电荷 Q1 Cu1 。
1
S1
u1
C
2
当开关S2闭合，S1断开时，
S2
C放电。
u2
放电电荷Q2 Cu2 。
设开关的周期为TCP，节点从左到右传输的总电荷为： Q Cu C(u1 u2 )
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
贝塞尔 巴特沃斯
0.3 切比雪夫
0.2
0.1
0
-0.1
4
8
12 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。
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:
H (s) Bn (0) Bn (s)
n是滤波器的阶数
贝塞尔多项式
n
Bn (s) bisi i0
bi
(2n i)! 2n-i 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。
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。
工艺的1%左右。
9.3.2 一阶RC低通环节
1
S1
Ui
C1
2
S2 C2
开关电容低通滤波器
两相时钟1和2的频率
fCP 远大于输入信号 U i 的频 率，开关电容单元等效为电
Uo 阻：
R TCP C1
R
时间常数：
RC2
C2 C1
TCP
+
+
Ui _
C2
Uo _
通带截止频率：f P
1
2π
C2 C1
fCP
9.3.2 一阶RC低通环节
fP
1
2π
C2 C1
fCP
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。
1
u1(t)
1
SW1
2
2
SW2
C
u2(t)
开关电容模拟电阻
1
t
2
TCP
t TCP
时钟驱动信号
9.3.1 开关电容模拟电阻
1
u1(t)
1
SW1
2
2
SW2
C
u2(t)
1
S1
uI
C
2
S2
uo
基本开关电容电路
1
t
2
TCP
t TCP
由两相时钟1和2控制开关
S1、S2。
模拟开关S1和S2的动作规律：
C C2
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
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
等效电流：
i
Q TCP
C TCP
(u1
u2 )
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：
R u1 u2 TCP 1
i
C CfCP
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
贝塞尔型低通滤波器幅频特ຫໍສະໝຸດ 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。
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
R
A
uI
C1
C2
C3
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， 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
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