《滤波器的仿真设计》PPT课件
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第六章 模拟滤波器设计PPT课件
c
( )2N 100.1 1 c
(6.3.1)
将αp, Ωp及αs和Ωs分别代入（6.3.1），得：
(p)2N 100.1p 1 c
(s)2N 100.1s 1 c
(6.3.2) (6.3.3)
12
由式(6.3.2) 及 (6.3.3)可得：
(p )N s
100.1ap 1 100.1as 1
10
其幅频特性曲线如图6.3.1所示.
图6.3.1 巴特沃斯低通滤波器幅频特性和N的关系 可看出： N越大，通带和阻带的近似性越好，过渡带也 越陡。幅频特性愈接近理想。
11
2、BW低通滤波器的设计
模拟低通滤波器的设计指标有αp, Ωp,αs和Ωs，要求设
计出LP。
（1）但理想滤波器是物理不可实现的，这是因为hL(t)是一个 无限长的、非因果系统。 实际的滤波器只能逼近理想滤波器，它允许通带和阻带 中的幅频特性有一定的变化，且通带、阻带之间有一个 平滑的过渡带。另外，为了设计的规范化，通常规定滤 波器通带中的最大幅度值为1
6
一般在模拟低通滤波器的设计时所给出的技术指标有： Ωp：通带截止频率 Ωs：阻带截止频率 αp：通带最大衰减系数。 αs：阻带最小衰减系数。
切比雪夫(Chebyshev)滤波器、椭圆(Cauer)滤波器、贝
塞尔(Bessel)滤波器等，这些滤波器都有严格的设计公式、
现成的曲线和图表供设计人员使用。
4
理想滤波器的特性
一、 信号无失真传输条件
对于如图所示系统,如果满足
y(t)=kx(t-td) 其中 k, td为常数
即输出信号的幅值与输入信号成比例，而时间上延迟了td。
c s(100.1as
1
( )2N 100.1 1 c
(6.3.1)
将αp, Ωp及αs和Ωs分别代入（6.3.1），得：
(p)2N 100.1p 1 c
(s)2N 100.1s 1 c
(6.3.2) (6.3.3)
12
由式(6.3.2) 及 (6.3.3)可得：
(p )N s
100.1ap 1 100.1as 1
10
其幅频特性曲线如图6.3.1所示.
图6.3.1 巴特沃斯低通滤波器幅频特性和N的关系 可看出： N越大，通带和阻带的近似性越好，过渡带也 越陡。幅频特性愈接近理想。
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2、BW低通滤波器的设计
模拟低通滤波器的设计指标有αp, Ωp,αs和Ωs，要求设
计出LP。
（1）但理想滤波器是物理不可实现的，这是因为hL(t)是一个 无限长的、非因果系统。 实际的滤波器只能逼近理想滤波器，它允许通带和阻带 中的幅频特性有一定的变化，且通带、阻带之间有一个 平滑的过渡带。另外，为了设计的规范化，通常规定滤 波器通带中的最大幅度值为1
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一般在模拟低通滤波器的设计时所给出的技术指标有： Ωp：通带截止频率 Ωs：阻带截止频率 αp：通带最大衰减系数。 αs：阻带最小衰减系数。
切比雪夫(Chebyshev)滤波器、椭圆(Cauer)滤波器、贝
塞尔(Bessel)滤波器等，这些滤波器都有严格的设计公式、
现成的曲线和图表供设计人员使用。
4
理想滤波器的特性
一、 信号无失真传输条件
对于如图所示系统,如果满足
y(t)=kx(t-td) 其中 k, td为常数
即输出信号的幅值与输入信号成比例，而时间上延迟了td。
c s(100.1as
1
滤波器设计实验PPT课件
U 1
jC
所以
H
j
U 2 U1
1
1
jRC
H j
H j
1
1 RC2
当截止角频率
0
1 RC
时
低 通
A0 H j 1
0.9
电
0.8
路 的
0.7
幅 0.6
幅
度 0.5 0.4
频
0.3
特
0.2
性
0.1
00
第4f页0 /共015页
R
C
U 2
u2 1
u1
2
频率/Hz
1. 低通电路
U2
R
U1 1
1 U1 jC 1 j RC
0.3
0.2
0.1
00
第9页/共15频页率/Hz
A0 1
0.9
0.8
Α0 / 2 0.7
幅 0.6 度
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0
f
f
0
频率1/Hz
第10页/共15页
滤波器 RLC串联电路
A00.91
0.8 0.7
幅 0.6 度 0.5
0.4 0.3 0.2
0.1 00
图3.4
频率/Hz
为低端截止频率 fL 和高端截止频率 fH 。带宽为：f= fH- fL
第2页/共15页
三、实验任务
1.仿真实验例题（图3.3）双T型网络，验证实验结果， 判断其滤波性质，确定截止频率和阻带宽度。
2.测试含运算放大器的双口网络（图3.5）的幅频特性， 判断其滤波性质，确定其截止频率和通带宽度。
3.测试双口网络（图3.6）转移电压比的幅频特性，根据 测试结果判断电路的性质（指对不同频率信号的选择能力）
模拟滤波器的设计与仿真ppt
总结
五阶Butterworth高通滤波器运用仿 真电感替代了原有的电感，使得原 有电路更容易集成；并利用电容与 电阻原件很好的实现了电感的功能， 使整个电路实现了过滤低频波的作 用，让高频波能很好的通过。
模拟滤波器的设计 与仿真
指导教师: 答 辩 人: 专 业:自动化 班 级:（1）班
论文框架
1 2 3
研究背景 论文要点
总结
研究背景
随着科学技术的发展，大规模的集 成电路已替代了传统的普通电路。。 电感作为集成电路不可缺少的元器 件，它具有通直流，阻交流的特性。 但是由于它的体积较大，很难适应 现代各大电路小体积高集成的要求。 所以用运放、电阻、电容等元件来 替代电感，仿真电感便应运而生。
论文要点
通用阻抗变换器
Z in
V(s ) I (s )
Z1Z 3 Z 5 Z 2Z 4
论文要点
论文要点
1.无源电路设计
论文要点
1.有源电路设计如图所示
论文要点
2. 10Hz、10KHz、10MHz正弦波下的仿真如图所示
论文要点
3.对截止频率的测量，如图所示
论文要点
由图可知，该五阶Butterworth高通滤波器 的截止频率为1.9266KHz。
《ADS设计滤波器》课件
重新仿真
进行二次仿真以验证调整后的电 路性能ຫໍສະໝຸດ ADS设计滤波器的注意事项
元器件的选择要合理
根据设计需求选择适合的元器件
仿真设置要正确
准确设置仿真参数，以获取准确的仿真结 果
连接要准确
确保元器件之间的连接正确无误
调整参数要谨慎
在调整元器件参数时要小心谨慎，避免影 响整体电路性能
ADS设计滤波器的示例
2 高通滤波器 4 带阻滤波器
ADS设计滤波器的流程
1
新建Schematic
创建电路原理图
选择合适的元器件
2
根据设计需求选择合适的电子元
器件
3
连接元器件
将元器件正确连接成电路
添加控制器和仿真设置
4
配置控制器以及设置仿真参数
5
进行仿真
运行仿真并观察电路性能
调整元器件参数
6
根据仿真结果调整元器件参数
7
低通滤波器的设计
设计一个低通滤波器来滤除 高频噪声
带通滤波器的设计
设计一个带通滤波器来提取 特定频率范围内的信号
带阻滤波器的设计
设计一个带阻滤波器来抑制 特定频率范围内的信号
总结
1 ADS是RF、微波电路设计的重要工具 2 滤波器在通信、雷达等领域有广泛应用 3 ADS设计滤波器要注意元器件的选择和仿真设置的正确处理
《ADS设计滤波器》PPT 课件
# ADS设计滤波器
什么是ADS？
ADS是高级设计系统（Advanced Design System）的简称，用于RF、微波电路的 设计和仿真。
滤波器的作用
1 抑制不需要的信号，保留有用信号 2 在通信、雷达等领域有广泛应用
ads低通滤波器的设计与仿真
利用ADS自带的集总方式得出切雪夫 低通滤波器的阶数如下图：
可得阶数为n=11
之后直接利用集总生成切比雪夫滤波器， 然后用如下图的功能把切比雪夫滤波器中的 电感、电容转换为微带线。
转换过程中把电介质设为2.2，基板厚度设为 0.8mm(这里使用的是已经验证可用)。把转 换完的11阶微带电路复制到另一个新建设计 面页，连成如下图所示，并连成如下电路，
设计指标
❖ 截止频率：1.1GHz； ❖ 带内波纹：<0.2dB； ❖ 在阻带频率1.21GHz处，阻带衰减>25dB； ❖ 输入输出阻抗：50Ω。
设计方案
利用之前计算的切比雪夫滤波器原型的 阶数n=9连接电路图，并用ADS自带的微带 计算器计算长宽，结果在优化是始终没办法 使带内波纹小于0.2dB，经过查找资料后以 及上论坛交流。又换成使用椭圆函数滤波器， 结果调出来的波形能达到指标，但波形会形 成带阻波形，只能在一定范围内低通。之后 使用ADS的集总功能自动计算切比雪夫滤波 器要达到指标的阶数为11，经过调试后可用。
参数、变量什么的都设完后自动优化加手动 都达不到理想波形，通过讨论后加上T型接 头才能调出理想波形。
图形改为如下所示，设计变量参数、微 带参数和S参数
设置变量参数如 右图所示
设置如右图 中的控件 MSUB微带 线参数
设置S参数中 扫描的频率范 围和步长如右 图
设置完成后即可单 击工具栏上的simulate按 钮或是点击simulate→simulate，当仿真结束 后，系统会自动弹出一个数据显示窗口，在 数据显示窗口中插入一 个S21参数的矩形图 图形如下
显然波形还达不到指标要求，设置如下自 动优化参数并自动优化
优化后若还不够符合指标，则 把优化的数据填入变量中，继续进 行优化直到达到指标。图形如下
第8章模拟滤波器的设计PPT课件
图8－6 无失真传输系统的幅频相频特性
第12页/共65页
8.3.2 滤波器的理想特性与实际特性
滤波器的理想特性可归纳为：
• 有用信号频带内，应该是常值幅频，线性相频； • 有用信号频带外，幅频立即下降到零，相频特性如何无关紧要； • 特性分为通带和阻带：
通带：信号能通过滤波器的频带; 阻带：信号受滤波器抑制的频带。
递函数应为
H (s)
2s
(s 1 j )(s 1 j )
2
2
第21页/共65页
8.4 模拟滤波器的设计
例8. 2 若一模拟滤波器的单位冲激响应
，试问：如果输入滤波器的信号为
那么从滤波器输出的信号y(t)是什么？
解由
可得
h(t) sin 2t t
x(t) sint cos3t
h(t) sin 2t t
8.1 滤波器的基本概念
▲滤波器的分类：
根据滤波器所处理的信号不同，可以分以下两类：
模拟滤波器
数字滤波器
从功能上总的可以分为四类 ：
低通（LP）、高通（HP）、带通（BP）、带阻（BS）
▲每类滤波器有模拟滤波器（AF）和数字滤波器（DF）两种形式。对数 字滤波器，从实现方法上，由有限长冲激响应(Finite impulse response digital filter)所表示的数字滤波器被称为FIR滤波器，具有 无限冲激响应(Infinite impulse response digital filter)的数字滤波 器则称作IIR滤波器。
在数字式控制系统中，模拟滤波器也是重要的组成部件。在A/D变换前，常常 需要设置一个模拟滤波器进行预滤波以限制信号带宽，去掉高于1/2抽样频率以上的高 频分量，防止频谱混叠现象的发生，称为抗混叠滤波器或预抽样滤波器。
第12页/共65页
8.3.2 滤波器的理想特性与实际特性
滤波器的理想特性可归纳为：
• 有用信号频带内，应该是常值幅频，线性相频； • 有用信号频带外，幅频立即下降到零，相频特性如何无关紧要； • 特性分为通带和阻带：
通带：信号能通过滤波器的频带; 阻带：信号受滤波器抑制的频带。
递函数应为
H (s)
2s
(s 1 j )(s 1 j )
2
2
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8.4 模拟滤波器的设计
例8. 2 若一模拟滤波器的单位冲激响应
，试问：如果输入滤波器的信号为
那么从滤波器输出的信号y(t)是什么？
解由
可得
h(t) sin 2t t
x(t) sint cos3t
h(t) sin 2t t
8.1 滤波器的基本概念
▲滤波器的分类：
根据滤波器所处理的信号不同，可以分以下两类：
模拟滤波器
数字滤波器
从功能上总的可以分为四类 ：
低通（LP）、高通（HP）、带通（BP）、带阻（BS）
▲每类滤波器有模拟滤波器（AF）和数字滤波器（DF）两种形式。对数 字滤波器，从实现方法上，由有限长冲激响应(Finite impulse response digital filter)所表示的数字滤波器被称为FIR滤波器，具有 无限冲激响应(Infinite impulse response digital filter)的数字滤波 器则称作IIR滤波器。
在数字式控制系统中，模拟滤波器也是重要的组成部件。在A/D变换前，常常 需要设置一个模拟滤波器进行预滤波以限制信号带宽，去掉高于1/2抽样频率以上的高 频分量，防止频谱混叠现象的发生，称为抗混叠滤波器或预抽样滤波器。
《模拟滤波器设计》课件
滤波器的频率响应
幅度频率响应
群时延频率响应
描述滤波器对不同频率信号的幅度增 益或衰减。
描述滤波器对不同频率信号的群时延 变化。
相位频率响应
描述滤波器对不同频率信号的相位偏 移。
滤波器的传递函数
一阶滤波器：具有一个极点和零点的传递函数。 高阶滤波器：具有多个极点和零点的传递函数。
二阶滤波器：具有两个极点和两个零点的传递函数。
频率等参数，可以使用 MATLAB等工具进行辅助设
计。
巴特沃斯滤波器的应用广泛， 如音频信号处理、图像增强等
。
切比雪夫滤波器设计
切比雪夫滤波器是一种具有等波纹特性的滤波 器，其幅度特性在通带和阻带内都是等波纹的 。
设计切比雪夫滤波器时，需要确定滤波器的阶 数、通带和阻带的波纹幅度等参数，可以使用 MATLAB等工具进行辅助设计。
ERA
模拟滤波器设计的挑战与机遇
挑战
随着信号处理技术的发展，对模拟滤波器的性能要求越来越高，如何提高滤波器的性能、减小其体积 和成本是当前面临的主要挑战。
机遇
随着新材料、新工艺的不断涌现，为模拟滤波器的设计提供了更多的可能性，同时也为解决上述挑战 提供了新的思路和方法。
未来发展方向与趋势
发展方向
切比雪夫滤波器的应用也较广泛，如雷达信号 处理、通信系统等。
椭圆滤波器设计
1
椭圆滤波器是一种具有最小相位特性的滤波器， 其幅度特性和相位特性都是线性的。
2
设计椭圆滤波器时，需要确定滤波器的阶数和截 止频率等参数，可以使用MATLAB应用相对较少，主要在一些特殊领 域如控制系统、信号处理等领域中使用。
测试结果的评价与改进
结果评价
根据测试数据，对模拟滤波器的性能进行客观评价，与设计要求进行对比，找出性能不足之处。
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滤波器介绍
➢ 滤波器是一种二端口网络，具有频率选择特性，即通带内提供信号 传输，阻带提供信号衰减，以实现微波系统中需要的频率响应。 100MHz至9.6GHz倍频链实例
100MHz-->200MHz
200MHz-->400MHz
1.2GHz->9.6GHz
400MHz-->1.2GHz 9.6GHz
滤波器的基本原理
➢ 滤波器的种类 有源滤波器
滤波器 无源滤波器
集总LC滤波器 介质滤波器 腔体滤波器 晶体滤波器 声表面波滤波器 微带滤波器
LC滤波器的仿真设计
➢ 建立新的工程文件
LC滤波器的仿真设计
➢ 建立LC拓扑结构
• 从元器件模型列表选择“Lumped Components”
LC滤波器的仿真设计
• 相对带宽=BW3dB/f0X100%：表征滤波器的通带带宽。 • 插入损耗Insert Loss：滤波器对输入信号带来的损耗。
• 带内波动：
通带内的插入损耗随频率变化的波动值。
• 回波损耗Return Loss：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝数。
• 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。
点击参数调谐图 标
参数当前值
保存 重置参数 更新到原理图
关闭
移动滑块或点击箭头改变调谐窗口中的参数值
LC滤波器的仿真设计
➢ 选择电路调谐参数
• 鼠标点击选择需要调谐的参数
LC滤波器的仿真设计
➢ 调谐电路参数，改善低通滤波器性能
• 鼠标点击调谐箭头，改变调谐参数
调谐至优值后 更新到拓扑图窗口
LC滤波器的仿真设计
LA
10Log
PIn PL
dB
输出端匹配负载时滤波器输入功率 输出端匹配负载时负载吸收功率
➢ 采类用型数有学：衰多减项L式A拟小合，的传方输法信描号述；滤衰波器减衰LA减大与，频阻率碍的信特号性关传系输。！滤波器主要 • 巴特沃斯型（Butterworth） • 切比雪夫型（Chebyshev） • 椭圆函数型（Elliptic） • 高斯多项式型（Gaussian）
• 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。
理想匹配为VSWR=1：1，失配时大于1。对于实际的滤波器
一般要求VSWR小于1.5:1。
• 阻带抑制度Rf： 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外 干扰信号抑制得越好。
滤波器的基本原理
➢ 低通滤波器主要参数指标
➢ 拓扑图电路参数已更新
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
LC滤波器的仿真设计
➢ 小结
• 建立LC低通滤波器拓扑结构，进行仿真。 • 学习数据显示窗口中仿真曲线的显示、标注、保存。 • 利用参数调谐工具，进行电路参数调谐，获得较优的性能。
LC滤波器的仿真设计
➢ 使用滤波器设计向导工具设计滤波器
设计4GHz低通滤波器 • 截止频率wc=4GHz • 在wc=8GHz频点处的插入损耗必须大于15dB • 输入输出阻抗为50欧姆 • 通带内插损小于2dB
第二讲：滤波器的仿真设计
➢ 学习目的
学习目的
• 了解滤波器的基本工作原理及指标特性。 • 培养利用ADS软件对集总滤波器和微带滤波器进行设计、仿真、优化的能力。
学习内容
➢ 滤波器的介绍和基本工作原理 ➢ LC滤波器的仿真设计 ➢ 利用ADS中滤波器设计向导工具进行滤波器设计 ➢ 几种微带结构形式滤波器的仿真设计
滤波器介绍
倍频放大链路中未加入滤波器输出的9.6GHz信号频谱
9.6GHz 附近存在 众多杂散 信号！
滤波器介绍
倍频放大链路中加入滤波器输出的9.6GHz信号频谱
9.6GHz 附近杂散 信号被滤
除！
滤波器介绍
滤波器的基本原理
➢ 滤波器一种二端口网络，具有频率选择特性，即可让某些频率通过，也可对 其它频率加以阻拦。
LC滤波器的仿真设计
➢ 标注仿真数据
点击Marker 菜单
LC滤波器的仿真设计
➢ 保存仿真数据文件
另存为，可命名仿真数据文件
自动保存，文件名与拓 扑图文件一致
LC滤波器的仿真设计
➢ 打开已保存仿真数据文件 主窗口点击显示数
据窗口图标
选择打开已存仿真数据文件
LC滤波器的仿真设计
➢ 滤波器的电路调谐
滤波器的基本原理
➢ 滤波器主要参数指标_低通或高通滤波器
• 截止频率f上截频、f下截频：指低通滤波器的通带右边的边频点及高通滤波器的 通带左边的边频点。
• 插入损耗Insert Loss：滤波器对输入信号带来的损耗。
• 带内波动：
通带内的插入损耗随频率变化的波动值。
• 回波损耗Return Loss：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝数。
理想匹配为VSWR=1：1，失配时大于1。对于实际的滤波器
一般要求VSWR小于1.5:1。
• 阻带抑制度Rf： 衡量滤波器选择性能好坏的重要指标，指标越高说明对带外 干扰信号抑制得越好。
• 矩形系数K：用来表征滤波器对频带外信号的衰减程度，带外衰减越大，选择性越好。
滤波器的基本原理
➢ 带通滤波器主要参数指标
➢ 滤波器的基础是谐振电路，谐振电路也是二端口网络，对通带内信号匹配传 输，对阻带频率信号失配而进行发射衰减，实现滤波功能。
➢ 典型滤波器频率响应：低通、高通、带通、带阻。
低通滤波器
高通滤波器
滤波器的基本原理
➢ 典型滤波器频率响应
带通滤波器
带阻滤波器
滤波器的基本原理
➢ 滤波器通常采用传输衰减量描述滤波器的衰减特性：
LC滤波器的仿真设计
➢ 滤波器电路的生成
• 在“Lab_2LCfiltere”工程文件中新建“Filter_DesignGuide”电路原 理图
➢ 设置仿真参数
• 从元器件模型列表选择“Simulation-S_Param”，并加入端口
LC滤波器的仿真设计
➢ 完成电路拓扑及仿真参数设置
LC滤波器的仿真设计
➢ 开始仿真 点击仿 真图标
仿真状态窗口
数据显示 窗口
LC滤波器的仿真设计
➢ 显示仿真数据 点击数据显 示图标
选择要显示的S 参数
选择显示 参数单位
滤波器的基本原理
滤波器的基本原理
➢ 滤波器主要参数指标_带通滤波器
• 中心频率f0： 滤波器通带的中心频率f0，取f0=(f上+f下)/2。其中 f上、f下为带通或带阻滤波器左右相对下降3dB边频点。
• 通带带宽BW3dB： 指需要通过的频谱宽度，BW3dB=f上-f下。其中f上、f下以中心 频率f0处插入损耗为基准，下降3 dB处对应的左右边频点。