第八章 滤波器设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基带信号：直接表示原始信息的电信号,模拟 模拟,通讯系统：通信系统中传输的基带信号是 信号,数字 数字,线性失真：输入信号通过线性系统时，各频率成分间的相对关系发生变化，,但不增加新的频率成分。,信号通过非线性系统后会产生新的频率成分。,滤波器作用：,1分离信号，抑制干扰。低频 230,MHZ,分布参数螺旋滤波器：100,MHZ,模拟电路、采样电路、数字电路间关系,模拟信号,模拟电路,（微分方程）,采样保持,编码器,采样电路,（差分方程）,数字电路,（逻辑关系）,重构滤波器,译码器,时间离散,数值量化,模拟信号,（高频，实时）,（大规模）,A/D,D/A,无源,LC,滤波器：滤波特性对元件容差灵敏度较低，性能稳定，设计方便，,是其它滤波器的设计基础。,但低通滤波器难于集成实现。,表面声波滤波器：工作稳定，但难与电路共同集成在一个芯片上。,有源,RC,滤波器：易于集成，但工作频率受限制,滤波特性对元件容差灵敏度较高。,采样数据滤波器：由于频率特性取决于电容比值和时钟频率，故工作稳定好，,易于集成。,但工作频率受时钟控制电路性能限制。,寻找逼近理想特性的可实现的传递函数,LC,滤波器设计,用电路实现该传递函数,滤波器种类,衰减特性,A()20,lg,A(),与 20,lg,|H|,关于,轴（上下）对称,一、,LPF,1LPF,技术指标：平坦型(过渡带宽、缓)2.纹波型(过渡带窄、陡),Butterworth Chebyshey,：,不同 、阶次,n,时的 有表可查,Beseel,椭圆(,Cauer,)：,A(),20,lg,|H()|,1,阻带边缘,截止频率,通带,最大通带衰减,A(),阻带边缘,纹波带宽,纹波,A(),2、,LPF,特点：,Butterworth,LPF,幅频平坦型,幅频、相频均较平坦，适于一般滤波器,Beseel,LPF,相频平坦型,Chebyshey,LPF,等纹波型,适用于调制解调电路。,椭圆,(,Cauer,)LPF,幅频陡峭，过渡带狭窄。,LPF,设计,电阻与频率无关,3,LPF,设计,元件归一化：,需保持各元件间阻抗关系不变。,阻抗归一化：用负载阻抗进行归一化。,频率归一化：用截止频率进行归一化,=。,根据工程表格，进行归一化,LPF,设计。,（1）选定,LPF,型式,（2）计算曲线,衰减特性曲线 定,LPF,阶次,n,群延迟特性曲线,通过计算曲线，根据 ，确定,LPF,阶次,n,1,计算曲线,（3）确定电路结构,满足设计的,LPF,有 2 种对偶电路，一般取电感少的电路。,（4）根据滤波器阶次,n,1,查,LPF,归一化元件值表，确定,L、C。,（5）,恢复元件实际值（通常取,R,L,=R,S,）,的综合标定公式：,奇,偶,Butterworth,for,Beseel,Chebyshey,for,Cauer,（,椭圆）,，且用,A,p,。,，且用,Ar,。,Chebyshey,：,Ar,、,n,所对应的 可查表。,Cauer,（,椭圆）：,例 设计一个幅频平坦的,LPF，,设计过程(基本上是确定阶数,n,的过程)，,幅频平坦,选,Butterworth,LPF,不知 时估计：带宽比,计算曲线,1,dB,35,dB,43,dB,8,查,Butterworth,LPF,计算曲线得,n=3,阶,6.39,3dB,求 ：查,Butterworth,LPF,衰减特性曲线得：,n=3,0.8,n=3,阶,Butterworth,LPF,的 所对应归一化频率,截止频率,重求带宽比 检验所对应的 是否满足阻带设计要求：,再查计算曲线表：,查等终端归一化元件值表：,（元件表对 3,dB,截止频率 归一化，无论 为何值）,综合标定：实际元件值：,由,得,61.0,mH,4、,HPF、BPF、BSF,设计,归一化设计只完成,LPF,设计，,将,LPF,经频率变换，元件变换后得,HPF、BPF、BSF。,5、,其他滤波器,最小方差,勒让德,高斯,最平时延,等波动误差线形相移,高斯切比雪夫混合型,同步谐调,HPF、BPF、BSF,设计,二、,LPF,HPF,设：已设计的,LPF：,元件值,L，C，,截止频率,负号：为满足电抗元件性质转换,元件变换网络转换）：,LPF,HPF,三、,LPF,BPF,元件变换：,0,LPF,LPF：,BPF：,四、,LPF,BSF,LPF,0,BSF,元件变换：,模拟信号 离散信号 数字信号,时间采样,数值量化,采样数据滤波器输入输出关系用差分方程表示。,采样数据滤波器实现：,1、设计原型无源,LC,滤波器；,2、求,H(S)，,并转成用模拟积分器表示；,3、用采样数据,离散系统,实现模拟积分器：,基于某映射关系，离散系统成为模拟系统的数值算法映射电路。,采样数据滤波器设计思想,、开关电容电路：电阻,注：与 高电平不重叠!,设：时钟频率 信号频率,，即,T,C,1,故：一个时钟周期 内，、近似不变化，,一个时钟周期内平均电流：,因电阻,R,中电流 ，,此时,开关电容电路,相当于,电阻,。,采样数据单元电路,2、用,开关电容电路实现,比例延时电路,-,+,（1）数值积分电路,是由于 时刻 将电荷 全部转移给,C,的结果：,用离散系统表示：,一个时钟周期内,C,电荷变化量：,-,+,3、积分电路,（2）数值积分算法,（3）数值积分电路与数值积分算法的关系,当取 时，（1）数值积分,电路,正实现了（2）数值积分算法。,-,+,R,C,（4）模拟积分电路：,（5）模拟积分电路与数值积分电路间对应关系：,1）当,T,C,1,时，模拟系统与离散系统间映射关系可取,模拟系统频响,离散系统频响,2）若不考虑T,C,1,限制条件（或该条件不满足时），,模拟系统与离散系统间映射关系取,模拟系统频响,离散系统频响,离散系统作为模拟系统的数值算法映射电路，须以某种映射关系为基础！,（6）映射关系比较：,离散系统在多大程度上能执行模拟系统的功能？,稳定性、收敛性、可控性、可观测性,，,目前引起许多学者的关注。,-,+,一个时钟周期内,C,电荷变化量：,是由于 时刻 将电荷 全部转移给,C,的结果：,用离散系统表示：,(1),4、其它数值积分运算电路,1）,开关电容积分,电路：,2）前差欧拉数值积分算法,：,将前差欧拉数值积分,(2)式,与开关电容积分,电路,(1)式,比较，得：,取积分电阻为 时，,开关电容积分,电路执行前差欧拉数值积分算法。,其离散系统为：,(2),3）映射关系：,不考虑,T,C,1,限制时的映射关系：,离散系统,与模拟积分器 比较，,得,模拟系统与,离散系统,间的,映射关系：,当,T,C,1,时映射关系可取：,离散系统频响,1、设计无源,LC,滤波器,以前面设计的无源,LC,滤波器为原型，,用开关电容电路实现采样数据滤波器。,采样数据滤波器设计,无源,LC,滤波器,2、用积分器表示的结构图,结构图：用积分器表示的,H(S),3.用模拟积分器实现的有源滤波器：,+,-,+,-,+,-,4,、,用,前差欧拉数值积分电路,代替模拟积分电路：,-,+,-,+,5、模拟系统与,离散系统,间的,映射关系：,模拟积分器,不考虑,T,C,1,限制时的映射关系：,将前差欧拉数值积分算法与,模拟积分器比较，,得,模拟系统与,离散系统,间的,映射关系：,当,T,C,1,时映射关系可取：,离散系统频响,前差欧拉数值积分算法,Merry Christmas,and,Happy New Year,