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王致华的专栏

  • 独立参数调理技术及应用——F14XX、F18XX系列通用有源滤波器

  • 返回文章列表下一篇:   |   2011-06-28 17:19:03

    概述:

    参数可独立调控的有源滤波器技术是指滤波器的截止频率、Q值、增益三个基本电路参数能够被电阻元件独立控制,每个控制元件只能控制其中一个参数,因此当一个参数被改变时不涉及其他参数,也称为独立参数有源滤波器技术。目前大多数滤波器电路都不具备三个参数同时能够独立控制的功能。一般情况下,用的放大器越少,独立性越差,FMB单运放滤波器就是典型情况;Sallen-key或称VCVS单运放滤波器能够实现频率、Q值独立调控,但是增益随之改变;四运放滤波器如状态变量滤波器、UAF42多输出有源滤波器的参数独立性比较好,但有一点点不足:输入增益影响Q值。F14xx系列滤波器和F18xx系列滤波器是在Sallen-key基础上从输入端引出信号制作的两个系列单列直插1.27mm密脚距通用型有源滤波器、滤波放大器系列模块器件。这两个系列模块都可构成有源低通、高通、带通滤波器。其基本特征是截止频率、Q值、增益三者相互独立,该系列滤波器对参数的控制最简单灵活,设计、生产、调试最方便。尤其是对于高阶滤波器,高阶程控滤波器设计非常方便。


    F1443B、F1843BA超低频通用有源滤波器、滤波放大器

    F1443B、F1843B是F14xx、F18xx 系列有源滤波器的超低频滤波器,截止频率可低达0.1Hz。

    F14xx系列滤波器模块包括F1443B、F1432、F1421B;F1433L、F1422L、F1411;F4433LA、F1422LA、F1411LA参见附表表1~附表3,每个模块内封装了两个二阶滤波器单元,其中F14xxB系列的两个滤波单元的内置电容不同,更适宜于构成带通滤波器,F14xxL系列的两个滤波单元的内置电容相同,更适宜于构成高通或低通滤波器。F14xx系列滤波器模块均采用14SIP-1.27mm封装,模块体积:19.6x10x6。

    F18xx系列滤波放大器模块包括F1843BA、F1832BA、F1821BA、F1833A、F1822A、F1811A;F1833LA、F1822LA、F1811LA参见附表4~附表6,每个模块内封装了两个二阶滤波器单元,其中F18xxBA系列的两个滤波单元的内置电容不同,更适宜于构成带通滤波放大器,F18xxA、F18xxLA系列的两个滤波单元的内置电容相同,更适宜于构成高通或低通滤波放大器。F18xx系列滤波器模块均采用18SIP-1.27mm封装,模块体积:24.8x10x6。




    特点:


    独立性:实现了截止频率fc(或中心频率fo)、Q值、增益Ao的独立设置,参数控制灵活。

    稳定性:内置了1%高精度、30ppm/C低温度系数滤波器用电容,有利于构成高稳定性滤波器,频率稳定性主要由外置频率电阻决定。内置电容也解决了滤波器电容难以采购的问题。

    简单性:与MAX、LTC、TI等同类产品比外接元件品种数少。

    通用性:可构成低通、高通、带通有源滤波器;可方便构成巴特沃斯、切比雪夫1、贝塞尔滤波器。

    超低频:可方便构成0.1超低频滤波器。

    微型化:SIP14,1.27mm间距的密脚封装,体积仅19.6x10x6,节省PCB面积。

    低成本:模块内封装两个二阶滤波节,构成同样阶数滤波器比同类产品价格低。与MAX274/275,UAF42,TLC1562/1563相比。

    方便性:设计、调试、生产都很方便。


    应用领域

    模拟信号电子电路中构成高通、低通、带通有源滤波器。


    主要应用场合

    构成程控或跟踪高通、低通、带通滤波器。

    构成固定频率的高通、低通、带通滤波器。

    用于数据采集系统ADC之前的反混淆低通滤波器。


  电路应用 





    图9是F14XX中模块1可以构成带通滤波器,它比MFB带通滤波器设计方便,但其Q值温度稳定性不如MFB构成的带通滤波器,F18XX构成的带通滤波器温度稳定性比F14XX有所改善,在Q=10时Q值稳定性小一倍,如果要求很高的Q值稳定性,MFB带通滤波器还是好一些。


    高阶滤波器设计方法简介

    (1) 确定滤波器类型和滤波器阶数。本器件可构成N阶巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔滤波器。

阶数确定对于巴特沃斯滤比较简单。一般每一阶巴特沃斯滤波器每10倍频程可达20dB衰减,或者每倍频程6dB衰减。举例来说:假定要求10倍频程完成50ddB衰减,n=50/20=2.5,可取3阶巴特沃斯滤波器。

    对于切比雪夫、贝塞尔滤波器的阶数确定比较麻烦。严格的求阶数计算可以从专业设计手册中查表得到(如《有源滤波器精确设计手册》中的附表)或所提供的计算公式得到,通过MATLAB 或TI的滤波器设计软件得到比较方便。下面引用《有源滤波器精确设计手册》中关于阶数的计算公式:





    关于Q值的温度稳定性:

    F14xx、F18xx是基于Sallen-key或称VCVS滤波器原理,其Q值温度系数一般比MFB滤波器大。当用F1443B构成Q=10的窄带带通滤波器,设电容、电阻在-40-85C范围的变化为±0.3%,用蒙特卡洛法模拟,Q值变化±0.5dB,相当于变化±5%,因此不适合于设计Q值很大的滤波器,一般Q值限制在10以内。Q值温度系数主要由外置Q值调整电阻的温度系数决定,其温度系数应尽可能低,一般应不高于25ppm/C。由F18系列构成的窗带带通滤波器温度稳定性比F14系列提高一倍。






    2011.6月  首发时间。

    2011.8.19  对标题、个别内容和词语进行了修改。

    2012.12.5  较大压缩修改,删去了不必要的内容,对表格进行了整合精简。

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网友评论
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  • 黄小姐好!
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  • 黄小姐不错
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