介绍一种滤波器电路设计的简易方法

南华大学黄智伟系列介绍一种滤波器电路设计的简易方法1.进入TIWEBENCH设计中心在TI主界面的“DesignSupport”下拉菜单中，选择“WEBENCH®DesignCenter”，或者按照网址“”可以进入WEBENCH®DesignCenterWEBENCH®DesignerTools&Eco-System（WEBENCH®设计工具和Eco系统）。WEBENCH设计工具具有功能强大的软件算法和可视化界面，能够在几秒钟为用户提供完整的电源，照明，传感器等应用设计。WEBENCH®DesignerTools包含有：Power(singlesupply)LED(enterLED)SensorAFE&SensorInterfaceActiveFilters|AmplifiersEasyPLLAllWEBENCHTools单击各选项，可以进入对应的设计工具。注意：使用WEBENCH®DesignCenter提供的WEBENCH®DesignerTools需要先注册。图1.1.1WEBENCH®DesignCenter主界面2.滤波器电路设计方法1：利用“ActiveFilters”设计工具进行滤波器电路设计2.1进入“WEBENCH®ActiveFilterDesigner”单击“ActiveFilters|Amplifiers”的“ActiveFilters”，进入“WEBENCH®ActiveFilterDesigner”，在所显示的界面中，在图2.1.1所示对话框中，可以选择设计对象：PLL，Filter，Amps。图2.1.1所示选择的是“Filter”。在“Filter”设计对话框中，可以选择Lowpass，Highpass，Bandpass，Bandstop滤波器。单击按钮，进入滤波器设计界面，如图2.1.2所示，开始滤波器电路设计。图2.1.1“Filter”设计对话框图2.1.2滤波器设计界面2.2滤波器电路设计2.2.1选择滤波器类型和传输函数在图2.1.2滤波器设计界面中，选择滤波器类型和“SearchTransferFunctions（搜索传输函数）或者PickaTransferFunction（选择一个传输函数）”。本示例“SearchTransferFunctions（搜索传输函数）”，单击按钮，进入“SpecifyPerformance（指定性能）”界面和对话框，如图2.2.1所示。单击，可以打开“Flatness（平坦度）”“GroupDelyay（组延时）”等界面和对话框（图2.2.2），在对话框中可以设置和修改相关参数。图2.2.1“SpecifyPerformance（指定性能）”界面和对话框图2.2.2“SpecifyPerformance（指定性能）”界面2.2.2滤波器参数设置与修改在对话框中可以设置和修改相关参数后，单击按钮，进入下一步。如果参数设置有问题，软件会产生一个错误修改提示，例如图2.2.3所示。（a）错误提示示例1（b）错误提示示例2图2.2.3错误修改提示2.2.3设计的滤波器参数和特性曲线修改参数后，单击按钮，进入下一步，显示界面如图2.2.4所示。滤波器参数和特性曲线如图2.2.5所示。图2.2.4滤波器参数和特性曲线界面（a）选择滤波器响应（b）用户的滤波器特性（c）滤波器频率响应（d）滤波器组延时（e）滤波器建立响应（f）滤波器相位响应图2.2.5滤波器参数和特性曲线2.3创建电路单击按钮，进入下一步，显示“2.CreateaDesign”界面如图2.3.1所示。在图2.3.1所示界面中，可以看到所设计的滤波器拓扑结构规范、电路和元器件参数，如图2.3.2所示。（a）滤波器拓扑结构规范（b）滤波器电路1和元器件参数（c）滤波器电路2和元器件参数（d）滤波器电路3和元器件参数（e）用户滤波器规范图2.3.2所设计的滤波器拓扑结构规范以及相关参数2.4设计分析单击图2.3.1中按钮，进入“3.AnalyzeaDesign”，显示界面如图2.4.1所示。移动鼠标到各元器件，可以看到该元器件的型号、数值等相关参数。图2.4.1“3.AnalyzeaDesign”界面2.5建立设计单击图2.3.1中按钮，进入“4.BuildIt”，显示界面如图2.5.1所示。可以选择购买或者申请运算放大器，以及电路所需材料清单，如图2.5.2所示。图2.5.1“4.BuildIt”界面图2.5.2电路所需材料清单3.滤波器电路设计方法2：利用FilterPro™滤波器设计软件进行滤波器电路设计TI公司提供了一个FilterPro™滤波器设计软件，并提供了一个滤波器设计软件使用指南：SBFA001CFilterPro™User'sGuide.pdf文档。在“WEBENCH®DesignCenter”界面上，可以下载“FilterPro™v3.1”滤波器设计软件，安装后即可直接使用。3.1进入FilterPro™从“程序”→TexasInstruments→FilterProdesktop可以进入“FilterPro™v3.1”滤波器设计软件。打开的“FilterPro™v3.1”滤波器设计软件界面如图3.1.1所示。3.1.1打开的“FilterPro™v3.1”滤波器设计软件界面3.2选择滤波器类型第1步在图3.2.1所示选项中可以选择滤波器类型，选择不同类型的滤波器将显示不同的滤波器特性。（a）选择滤波器（b）低通滤波器特性（c）高通滤波器特性（d）带通滤波器特性（e）带阻滤波器特性（f）全通滤波器特性图3.2.1选择滤波器类型3.3设置滤波器特性参数选择滤波器类型后，单击按钮，进入第2步，可以在图3.3.1所示对话框中设置滤波器特性参数。图3.3.1设置滤波器特性参数3.4设置滤波器特性参数选择设置滤波器特性参数后，单击按钮，进入第3步，可以在图3.4.1所示中观察到滤波器的响应。（a）滤波器的响应（b）选择不同滤波器的响应图3.4.1观察和选择滤波器的响应3.5设置滤波器特性参数观察和选择滤波器的响应后，单击按钮，进入第4步，可以在图3.5.1所示中观察到滤波器的拓扑结构。在图3.5.2所示对话框中可以选择滤波器的结构类型。图3.5.1观察滤波器的拓扑结构（Multiple-Feedback(Singleended)）图3.5.2选择滤波器的结构类型图3.5.3Sallen-Key滤波器的拓扑结构图3.5.3Multiple-Feedback(Fullydifferential)滤波器的拓扑结构3.6设计得到的滤波器的电路结构、元器件参数、相频特性选择滤波器的拓扑结构后，单击按钮，进入第5步，可以在图3.6.1所示中观察到滤波器的电路结构、元器件参数、相频特性等。图3.6.1滤波器的电路结构、元器件参数、特性图（a）电路结构和特性（b）电路结构和特性（c）电路结构和特性图3.6.2放大的图3.6.1滤波器的电路结构、元器件参数、特性图3.7其他操作单击图3.6.3所示按钮，可以获得所设计电路的电路图、数据、元器件清单，设计报告等文件。设计报告中包含有电路原理图、元器件参数、相频特性等。图3.6.3功能按钮单击“Edit”下拉菜单，Design选项，可以进入下一个滤波器电路设计。3.8FilterPro™滤波器设计软件与TINA-TI™电路仿真工具结合使用利用FilterPro™滤波器设计软件设计完成的滤波器电路，运算放大器采用的是理想运算放大器，可以利用TINA-TI™电路仿真工具，选择具体的运算放大器型号进行仿真，获得可以实际运行的滤波器电路。4.TINA-TI™电路仿真工具4.1TINA-TI™电路仿真工具简介TINA-TI™是一款易于使用但功能强大的电路仿真工具，基于SPICE引擎。TINA-TI是完整功能版本的TINA，和TI的宏模型以及无源和有源模型一起加载。相比7.0版本，TINA-TI™的新9版本在以下方面进行了改进：已包含原理图符号编辑器（可与宏向导配合使用），所以您可以为导入的SPICE宏模型创建自己的符号。宏不必一定得是TI出品—现在您可以导入任何品牌的SPICE模型！无需有源或非线性分析组件（因此您可以立即运行采用无源的电路）。TINA-TI™包含初始条件和节点集组件TINA-TI™包含线性和非线性受控源（VCVS、CCVS、VCCS、CCCS）和受控源向导。TINA-TI™现在允许WAV文件充当激励（信号源）。您可以在PC的多媒体系统上播放计算波形，并将计算波形作为*.wav文件导出。TINA-TI™拥有多核处理器支持；它及其它优化性能使模拟运行速度快了2-20倍。采用XML格式的原理图文件导入/导出包含的块向导用于制作方框图TINA-TI™包括更多SPICE模型和示例电路。TINA-TI™9中开发的电路将与TINAIndustrial9版本配合使用。TINA-TI™版本7.0与版本9向前兼容，而版本9支持版本7.0格式的节省原理图。提供英语、繁体和简体中文、日语和俄语版本。TINA-TI™版将继续在某个时间期限内得到支持。建议用户下载最新版本的TINA-TI以获得版本9的所有优势。有关TINA-TI版本9的常见问题解答（1）特性TINA-TI™提供了SPICE的所有传统直流、瞬态和频率域分析以及更多。TINA具有广泛的后处理功能，允许您按照希望的方式设置结果的格式。虚拟仪器允许您选择输入波形、探针电路节点电压和波形。TINA的原理图捕捉非常直观-真正的“快速入门”。辅助版本TINA-TI™是完整功能版，但是不支持完整版TINA所具有的某些其它功能。TINA-TI™安装大约需要200MB。直接安装，如果想卸载也很容易。您肯定不想卸载。TINA-TI™是DesignSoft的一款产品，此特别辅助版本TINA-TI™是由DesignSoft专为德州仪器(TI)而准备的。（2）宏模型TINA-TI™版本9和TI模拟宏模型一起预加载。每个宏模型均已经过测试并且在工具中可用。有关可用TINA-TI™模型的完整列表，请参见SpiceRack--完整列表（3）应用TINA-TI中包括了许多应用原理图。这是电路仿真最快捷、最容易的方式。您可以修改它们并用“另存为”保存更改。这些应用原理图将可在TINA的全部版本上运行，可配置为运行示例中所示的分析类型。可以从TINA-TI程序软件的Examples文件夹下的文件夹中获得这些文件。要在下载最新版本后查看工具中的此信息，请转到菜单栏中的“文件”，然后选择菜单选项“打开示例....”。应用原理图类别包括：放大器和线性电路o音频（音频运算放大器滤波器、麦克风前置放大器）o负载电容补偿（C-oad补偿、线路驱动器）o比较器（比较器电路）o控制环路（PI温度控制）o电流环路（4-20mA、0-10mA）o电流测量（电流发送、并联测量）o差动放大器差动到单端（差动输入到单端输出、单端输入到差动输出等等）oFilterPro滤波器（多反馈，Sallen-Key：由FilterPro合成）o其它滤波器（全通、低通过、高通、可调、双T形）o振荡器（维恩电桥）o功率放大器（激光驱动器、TEC驱动器、并行电源、LED驱动器、光电二极管驱动器）o精密放大器（低漂移、低噪声、低偏移、分压器）o传感器调节（热敏、电阻电桥、电容电桥、Inst放大器滤波器）o信号处理（峰值检测器、削波放大器）o单电源（单电源运算放大器电路）o测试（电容乘法器、调节电压基准、通用集成器、负载消除、x1000缩放放大器、准耦合AC放大器）o互阻抗放大器（光电二极管、光探测器）o电压电流转换器（电压至电流、电流至电流）o宽带（宽带运算放大器电路）SMPS（开关式电源）o针对SMPS器件的器件评估模块(EVM)参考设计以下文件目前尚未包括在TINA-TI的“示例”文件夹下，但可从下方的链接下载：噪声分析o噪声源传感器仿真