MOS管集成滤波器概述实例及基础详解

信息来源: 时间:2021-3-8

MOS管集成滤波器概述实例及基础详解

滤波器在通信系统、工业控制,仪器仪表、数据检测和处理等各个领域有着广泛的应用。从历史发展情况来看,早期的滤波器通常是用无源的电阻、电感和电容等元件来实现的,这种滤波器通常称为RLC滤波器。但在低频使用场合,RLC滤波器的电感在电损耗,噪声和体积等方面都存在问题,所以在七十年代初期,人们开始使用集成运放和电阻、电容等元件构成的RC有源滤波器,由于RC有源滤波器性能优良、制作简便,从而得到广泛的应用。近年来,由于功耗低、输入阻抗高的MOS集成运放的诞生,人们开始广泛使用MOS集成运放的RC有源滤波器。MOS管集成滤波器概述。与此同时,由于MOS工艺日益完善,一种由MOS运放、MOS电容和MOS模拟开关等组成的集成开关电容滤波器,近年来发展十分迅速,在音频领域,这种开关电容滤波器正在逐步取代RLC无源滤波器和RC有源滤波器。本节介绍由集成运放构成的RC有源滤波器和集成开关电容滤波器的设计方法,并给出滤波器的设计公式、图表和实用电路结构,以便进行工程设计。为使读者掌握集成滤波器的设计方法,本章给出实用集成滤波器的设计步骤及其实例。

滤波器通常可看作双端口线性网络,它能传输某一频率范围内的信号,而阻止某一频率范圈内的信号。MOS管集成滤波器概述。让信号通过的这段频率范围叫做通带,阻止信号通过的频率范围叫做阻带,按通带和阻带在频域内的位置,滤波器分为低通、高通,带通和带阻等主要四种类型。

低通滤波器通过低频信号而衰减或抑制高频信号。理想的低通滤波器幅度响应如图5.1-1a虚线所示,其通带增益为1(也可以是某一常数),通带带宽为image.png,阻带被衰减到零,故其理想的频率响应为

MOS管集成滤波器概述

理想的低通幅度响应是不可能实现的,但可用下面的传递函数近似地表示理想特性,

MOS管集成滤波器概述

式中image.png为适当选择的常数。上式表示一个n阶全极点近似式,用此式实现的低通滤波器称为n阶全极点低通滤波器,n越大,则实际的低通滤波器的幅频响应越接近理想的低通滤波器的幅频响应。可以实现的近似于理想特性的幅须响应如图5.1-1a实线所示,低通滤波器增益是传递函数在S=0时的值,在(5.1-1)式里,增益就是Ho,若Ho取1则增益就是1。

MOS管集成滤波器概述

高通滤波器通过高频信号而衰减低频信号。理想的高通幅频响应如图5.1-1b虚线所示,其关系式为

MOS管集成滤波器概述

可以实现的近似于理想特性的幅频响应如实线所示。为获得高通滤波器的传递函数,只需将低通滤波器传递函数中的S用1/S代换即可,因此高通滤波器的传递函数可由低通滤波器的传递函数进行变换得到。

带通滤波器通过中心频率为image.png,带宽为B的频带为的信号,而衰减频带B以外的信号。比值image.png,叫做滤波器的品质因素,可用来衡量滤波器的选择性。带通滤波器的增益定义为传递函数在中心频率image.png处的幅值。MOS管集成滤波器概述。理想带通滤波器的幅频响应如图5.1-1c所示,其关系式为

MOS管集成滤波器概述

一个近似于理想特性的可实现的幅频响应如实线所示,对于可以实现的近似响应,截止须率image.png,是幅值下降到最大值的image.png处的频率,带宽定义为image.png,中心频率image.png通常是image.pngimage.png的几何平均值,即MOS管集成滤波器概述

和高通滤波器一样,带通滤波器的传递函数也可通过变换低通滤波器的传递函数求得。带阻滤波器(也叫陷波器)是通过除一个频率外的所有其他频率信号的一种滤波器。带阻滤波器的幅频响应如图5.1-1d所示,这里虚线表示理想的幅频响应,而实线代表近似于理想特性并可实现的幅频响应。MOS管集成滤波器概述。被阻止的频带是以频率为0。为中心,其宽度为B.和带通滤波器一样,定义image.png。因而高Q表示阻带窄,而低Q表示阻带宽。图5.1-1(d)中的image.png,为阻带滤被器的截止须率,image.png通常为image.png的几何平均值,即image.png。理想带阻滤波器的幅频关系式为

MOS管集成滤波器概述

对于实际的带阻滤波器,截止频率image.png的幅值为最大幅值的image.png(设最大增益为1),其带宽为MOS管集成滤波器概述

和高通、带通滤波器一样,带阻滤波器的传递函数可以通过变换低通滤被器的传递函数求得。

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