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滤波器一些问题的补充

2018年02月11日 13:36 次阅读

关于滤波器的技术指标,包含裕度、截止频率、带内波动、带内驻波比、带内相位线性度,巴特沃兹、切比雪夫、贝塞尔滤波器电路分析、传递函数。包含低通、高通、带通。

技术指标补充

裕度:相位裕度是锁相环开环传递函数在伯德图(由两张图组成:一张是对数幅频特性,它的纵坐标为20lg|G(jw)|,单位是分贝,用符号dB表示。另一张是对数相频特性,纵坐标是角度。)上形成的性能参数,是用于考核锁相环稳定性的依据。其定义与计算方法是:分别画出锁相环开环传递函数的幅频与相频曲线,找到当幅度增益为0db时所在频点,该频点对应的相位值减去-180°的差值就为相位裕度。如果差值大于0,则环路稳定,小于0则环路是不稳定的。

上面说到了锁相环,下面找了一些锁相环的资料。

PLL原理框图

锁相环 (phase-locked loop)为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,主要有VCO(压控振荡器)和PLL IC ,压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!达到锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。

锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用来鉴别输入信号Ui与输出信号Uo之间的相位差 ,并输出误差电压Ud 。Ud 中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除,形成压控振荡器(VCO)的控制电压Uc。Uc作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率fo拉向环路输入信号频率fi ,当二者相等时,环路被锁定 ,称为入锁。维持锁定的直流控制电压由鉴相器提供,因此鉴相器的两个输入信号间留有一定的相位差。

压控振荡器给出一个信号,一部分作为输出,另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作相位比较,为了保持频率不变,就要求相位差不发生改变,如果有相位差的变化,则PLL IC的电压输出端的电压发生变化,去控制VCO,直到相位差恢复!达到锁频的目的!!能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。

2. 边沿触发鉴相器 前已述及,异或门相位比较器在使用时要求两个作比较的信号必须是占空比为50%的波形,这就给应用带来了一些不便。而边沿触发鉴相器是通过比较两输入信号的上跳边沿(或下跳边沿)来对信号进行鉴相,对输入信号的占空比不作要求。

德伯图

截止频率:相对衰耗达到某规定值的通带边缘频率。是在滤波器的频率响应上,处于这一频率的振幅,较通带区内中心频率的振幅低3dB,故又称为3dB频率。

带内波动:通带内波峰、波谷之差的最大值定义为带内波动。其值以分贝表示。一般在数字调制的通信系统中,所用的滤波器的纹波值,以不高于0.5分贝为宜。 通带含有纹波的滤波器,都以具有切比雪夫特性为主。

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VSWR=1:1,失配时VSWR》1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR《1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。滤波器的电压驻波比(VSWR)是衡量滤波器与它所在系统的特征阻抗匹配程度的一个指标。滤波器某个端口的VSWR是当另外一个端口精确匹配系统特征阻抗(高频系统中一般为50Ω)时从该端口看进去的阻抗。因此,一个滤波器的指标通常同时包括输入VSWR和输出VSWR的典型值和最大值,分别代表滤波器与它所连接的源和负载阻抗的匹配程度。VSWR用与1的比例值表示,如1.50:1,但也可以表示为滤波器的反射损耗(单位dB)。如果一个滤波器在通带和阻带上都呈现阻抗匹配,那么这个滤波器就被认为是吸收型滤波器,当只在通带上做到阻抗匹配时,这个滤波器被认为是反射型滤波器。后一种滤波器在阻带上有较高的VSWR,如20.0:1或更高。滤波器的电源处理能力通常与滤波器的物理尺寸、工作频率范围、滤波器技术、基板材料类型、封装类型、材料的散热极限有关。最大功率极限也是信号类型(如连续波(CW)或脉冲信号)以及该信号使用的调制类型的一个函数。

带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度,但频率选择性很差,限于脉冲、或调相信号传输系统应用。线性相位的特点:一个单一频率的正弦信号通过一个系统,假设它通过这个系统的时间需要t,则这个信号的输出相位落后原来信号wt的相位。从这边可以看出,一个正弦信号通过一个系统落后的相位等于它的w*t;反过来说,如果一个频率为w的正弦信号通过系统后,它的相位落后delta,则该信号被延迟了delta/w的时间。在实际系统中,一个输入信号可以分解为多个正弦信号的叠加,为了使得输出信号不会产生相位失真,必须要求它所包含的这些正弦信号通过系统的时间是一样的。因此每一个正弦信号的相位分别落后,w1*t,w2*t,w3*t。因此,落后的相位正比于频率w,如果超前,超前相位的大小也是正比于频率w。从系统的频率响应来看,就是要求它的相频特性是一条直线。在FIR滤波器的设计中,为了得到线性相位的性质,通常利用实偶对称序列的相频特性为常数0和实奇对称序列为相频特性为常数90度的特点。因此得到的是对称序列,不是因果序列,是不可实现系统,为了称为物理可实现系统,需要将它向右移动半个周期,这就造成了相移特性随时间的变化,同时也是线性变化。

插入损耗:

图二(a) 表示一个电源,它的电动势为Eg,内阻为R1。设负载为R2,则当负载直接与电源相接时,它所能吸收的功率为:

现在我们将滤波器A接于电源与负载之间,如图二(b) 所示,由于滤波器的特性,当电源频率变化时,出现于R2两端的压降E2是不同的,即R2从电源所取得的功率

在不同频率上是不等的。用分贝来表示的P02 与P2的比值称为插入损耗Li:

插入损耗Li是衡量滤波器效能的一个参数。根据上面的讨论,显然可见,一个良好的滤波器的插入损耗在通带内应该比较低,而在止带内应该比较高。理想的滤波器的插入损耗在通带内应该等于零,而在止带内应该是无穷大。插入损耗是普通滤波器常用的参数。滤波网络具有的阻抗变换特性不难使负载R2在整个通带内与电源达成匹配。这时,负荷所吸收的功率将超过P02,而使Li取得负值。根据R1和R2的比值不同,Li的这个负值也不一样。因此,插入损耗Li并不是一个很方便的比较基准。为了避免这种困难,人们还提出另外一个参数,它以电源所能供给的最大功率P0为基准

巴特沃兹滤波器

1.巴特沃思(Butterworth)低通滤波器(简称BW型滤波器)

(1) 基本性质

图5.32 低通滤波器的幅度平方频率响应

所谓巴特沃思滤波器就是以巴特沃思近似函数作为滤波器的系统函数,该函数以最高阶台劳级数的形式来逼近理想矩形特性。式(5.38)是它的通用模方函数表示式。

可见,它的分子等于常数,分母是

(或

)的多项式,是一个正实函数,由它导出的系统函数在物理上是可以实现的。式中N表示滤波器的阶次是正整数, ωc为截止频率或取衰耗

等于3dB时的带宽,ε为与通带衰耗 Ap有关的参数,λ为与阻带衰耗Ar 有关的参数,如图5.32所示。图中 ωc是截频、也是通带的边界频率,ωc是阻带的边界频率,所以有

当ε→0,λ→∞,ωr→ωc则滤波特性趋近于理想的矩形。

显见,参数ε与λ主要取决于设计指标容限范围。若指标规定在通带边界频率,通带允许的最大衰耗为Ap则根据式(5.39)有

故得

对BW型滤波器,通常取 Ap=3db 带宽作为截频,所以ε=1。若规定在阻带边界频率,阻带允许的最小衰耗为Ar ,则根据式(5.39)有

故得

图5.33 归一化巴特沃思低通滤波器的幅度特性曲线

模拟滤波器设计过程,为了通用性,模方函数往往用规一化形式表示。对BW型取

为规一化频率,则式(5.38)改写成

式中

表示归一化模方函数如图5.33所示,其幅度随着N的增加,通带愈益平坦,愈接近理想特性,当N→∞则逼近矩形,即

下面结合式(5.43)说明BW型低通滤波器所具有的基本性质。

(a) 对不同N值都存在

这说明,幅度特性在正频率范围(包括通带与阻带),随着频率ω的升高单调地下降。ω=0(直流)为最大,ω=∞趋于零,也就是说没有有限零点。

(b) 当ω=0,即对直流来说,理想幅度特性与所得近似特性之间的差别,不仅对巴沃思函数本身,就是对2N-1阶导数来说,都等于零。因为式(5.43)按二项式定理或台劳级数展开可得

所以

这说明在ω=0和ω=∞附近是最“平坦”的,故而巴特沃思滤波器又叫做“最大平坦”近似。

(c) 当频率远离 ω ,即ω》》 1高频范围,频率每增加一倍(倍频程)衰耗增加6NdB。或者说,“滚降率”为6NdB/倍频程,因为这时

所以

切比雪夫:

图6.2.5分别画出阶数N为奇数与偶数时的切比雪夫Ⅰ型滤波器幅频特性。其幅度平方函数用A2(Ω)表示:

图6.2.5 切比雪夫Ⅰ型滤波器幅频特性

贝塞尔滤波器:

由于其线性相位响应特性,使得此类滤波器具有最优的脉冲响应(最小化过冲及振铃)性能。对于给定的极点数量而言,贝赛尔的幅频响应并不如巴特沃兹平坦,-3 dB 截止频率以外频带的衰减也不如巴特沃兹陡峭。尽管须采用更高阶的贝赛尔滤波器来逼近给定的巴特沃兹滤波器的幅频响应,但考虑到贝赛尔滤波器的脉冲响应保真度,增加一定的复杂性(源于附加的滤波器部件)也是物有所值的。

三种响应的对比:

巴特沃兹响应:

优点:巴特沃兹滤波器提供了最大的通带幅度响应平坦度,具有良好的综合性能,其脉冲响应优于切比雪夫,衰减速度优于贝赛尔。

缺点:阶跃响应存在一定的过冲及振荡。

切比雪夫响应:

优点:与巴特沃兹相比,切比雪夫滤波器具有了更良好的通带外衰减。

缺点:通带内纹波令人不满,阶跃响应的振铃较严重。

贝赛尔响应:

优点:贝赛尔滤波器具有最优的阶跃响应——非常小的过冲及振铃。缺点:与巴特沃兹相比,贝赛尔滤波器的通带外衰减较为缓慢

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求助啊啊啊,设计的滤波器出来后性能完全不对

发表于 2018-02-02 21:32 374次阅读
求助啊啊啊,设计的滤波器出来后性能完全不对

介绍变频器和PLC进行配合以及连接时所需注意的事...

在现在生产条件下,当利用变频器构成自动控制系统进行控制时,很多情况下是需要采用plc和变频器相配合使...

发表于 2018-01-29 10:01 622次阅读
介绍变频器和PLC进行配合以及连接时所需注意的事...

射频前端是块肥肉,四家厂商垄断九成市场,新玩家如...

随着4G通信制式的普及以及向5G技术的演进,PA在手机中的地位越来越重要。特别是随着云服务、VR/A...

发表于 2018-01-27 10:39 1383次阅读
射频前端是块肥肉,四家厂商垄断九成市场,新玩家如...

在CPW-微带线-CPW过渡结构的基础上,设计了...

提出了一种新型的混合共面波导和微带结构的超宽带带通滤波器。通过将中间微带替换成交指耦合线,在下通带边...

发表于 2018-01-26 16:15 930次阅读
在CPW-微带线-CPW过渡结构的基础上,设计了...

RC低通滤波器中R和C参数选择

信息需要传播,靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存...

发表于 2018-01-26 15:52 381次阅读
RC低通滤波器中R和C参数选择

基于MATLAB的理想低通滤波器的设计

低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数(moving average)所起...

发表于 2018-01-26 13:34 361次阅读
基于MATLAB的理想低通滤波器的设计

巴特沃斯滤波器的原理_巴特沃斯滤波器优点介绍

本文首先介绍了什么是巴特沃斯滤波器与巴特沃斯滤波器的特性,其次介绍了巴特沃斯滤波器原理,详细的分析了...

发表于 2018-01-26 09:21 451次阅读
巴特沃斯滤波器的原理_巴特沃斯滤波器优点介绍

从硬件设计的角度,为解决同频干扰提供方案

在物联网高速发展的现在,各个频段的应用几乎达到了极致,这就导致了不同模块之间的相互干扰,对于滤波以及...

发表于 2018-01-25 12:35 1443次阅读
从硬件设计的角度,为解决同频干扰提供方案

常见开关电源电路设计汇总(八款模拟电路设计原理图...

本文主要介绍了常见开关电源电路设计汇总(几款模拟电路设计原理图)。重点分析了几款开关电源的典型电路。...

发表于 2018-01-24 17:10 1077次阅读
常见开关电源电路设计汇总(八款模拟电路设计原理图...

验证了LCL型滤波器参数设计及光伏并入配电网的逆...

从滤波器的原理入手,对单L型和LCL型滤波器原理进行对比分析,在设计方法上,对比传统的分步设计法,本...

发表于 2018-01-17 16:00 1301次阅读
验证了LCL型滤波器参数设计及光伏并入配电网的逆...

滤波器分类以及不同结构的滤波电路的不同点电分析

滤波器是由集中参数的电阻、电感和电容,或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这种网络允许一些频...

发表于 2018-01-16 09:36 1106次阅读
滤波器分类以及不同结构的滤波电路的不同点电分析

电容和电阻是如何组成高通滤波器?原理解析

高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过,而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器...

发表于 2018-01-15 13:36 464次阅读
电容和电阻是如何组成高通滤波器?原理解析

数字低通滤波器的设计

本文主要介绍了数字低通滤波器的设计,数字滤波器有无限冲激响应(IIR)系统和有限冲激响应(FIR)系...

发表于 2018-01-14 15:16 457次阅读
数字低通滤波器的设计

低通滤波器参数怎么设置

本文主要介绍了低通滤波器参数怎么设置,低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通...

发表于 2018-01-14 15:01 707次阅读
低通滤波器参数怎么设置

实际滤波器的基本参数

本文主要介绍了实际滤波器的基本参数和滤波器的主要参数。理想滤波器是不存在的,在实际滤波器的幅频特性图...

发表于 2018-01-14 14:39 271次阅读
实际滤波器的基本参数

电源EMI滤波器基本原理及结构_电源滤波器性能参...

本文主要介绍了电源EMI滤波器基本原理及结构_电源滤波器性能参数以及滤波器的技术参数及正确使用。电源...

发表于 2018-01-12 16:09 698次阅读
电源EMI滤波器基本原理及结构_电源滤波器性能参...

电源滤波器怎么接线_电源滤波器接线图

本文主要介绍了电源滤波器怎么接线_电源滤波器接线图。电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,又...

发表于 2018-01-12 15:22 1242次阅读
电源滤波器怎么接线_电源滤波器接线图

电源滤波器参数

电源滤波器是由滤波电感、电容组成的无源器件。它允许工频(50Hz、60Hz、400Hz)通过,而对电...

发表于 2018-01-12 10:40 434次阅读
电源滤波器参数

电源滤波器检验规范

电源滤波器一般都设计为只由电阻、电容及电感组成的被动滤波器,没有像晶体管之类的主动元件。右图是一个电...

发表于 2018-01-12 10:18 510次阅读
电源滤波器检验规范

电源滤波器分类及应用

电源滤波器就是对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电器设备。电源滤波器的功能就是...

发表于 2018-01-12 09:46 227次阅读
电源滤波器分类及应用

电源滤波器型号及选型

电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,又名“电源EMI滤波器”,或是“EMI电源滤波器”,一...

发表于 2018-01-12 09:05 284次阅读
电源滤波器型号及选型

利用多级滤波器来消除开关电源转换器的输出噪声

开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是,它们最大的缺点...

发表于 2018-01-10 09:45 748次阅读
利用多级滤波器来消除开关电源转换器的输出噪声

滤波器发展与分类详解以及应用比例

1917年,美国和德国科学家分别发明了LC滤波器,次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪5...

发表于 2018-01-05 15:00 1205次阅读
滤波器发展与分类详解以及应用比例

提出一种方环形贴片滤波器结构 通过谐振器使滤波器...

提出了一种用阶梯型阻抗方形环谐振器构成的双模微带滤波器,该滤波器引入一个方形切角作为微扰,并采用输入...

发表于 2018-01-05 11:10 998次阅读
提出一种方环形贴片滤波器结构 通过谐振器使滤波器...

图像其实是一种波,可以用波的算法处理图像

前几天读到一篇文章,它提到图像其实是一种波,可以用波的算法处理图像。我顿时有一种醍醐灌顶的感觉,从没...

发表于 2018-01-05 10:44 1288次阅读
图像其实是一种波,可以用波的算法处理图像

滤波器介绍_滤波器的应用及讨论

随着信息时代数字时代的到来,数字滤波技术已经成为一门极其重要的学科和技术领域,滤波器应用范围十分广泛...

发表于 2018-01-04 17:09 364次阅读
滤波器介绍_滤波器的应用及讨论

为什么会有工频干扰_工频干扰产生原因及解决方案

工频干扰可通过设计滤波器来进行有效的减少。本文介绍减少工频干扰的平滑滤波器、陷波器、带阻滤波器三种滤...

发表于 2018-01-04 16:03 1934次阅读
为什么会有工频干扰_工频干扰产生原因及解决方案

有源滤波器和无源滤波器原理和区别

滤波器是一种对信号的频率具有选择性的电路,其功能就是使特定频率范围内的信号通过,而组织其它频率信号通...

发表于 2017-12-25 14:52 1724次阅读
有源滤波器和无源滤波器原理和区别

解析滤波器的原理和作用

滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一,主要是用来作频率选择----让需要的频率信号通过而反射不需...

发表于 2017-12-22 10:42 1155次阅读
解析滤波器的原理和作用

均衡器的作用是什么

均衡器的全称是房间均衡器。在音响系统中有广泛的应用,但大多数场合,它并没有发挥应有的作用。是一种可以...

发表于 2017-12-20 10:27 707次阅读
均衡器的作用是什么

canny算子的语法原理分析

Canny算子Canny边缘检测算子是JohnF.Canny于1986年开发出来的一个多级边缘检测算...

发表于 2017-12-18 17:55 162次阅读
canny算子的语法原理分析

多模介质波导滤波器的设计过程简介

本文旨在介绍一种简单的介质波导双模滤波器设计方法,用以指导滤波器工程师设计基站介质波导滤波器。随着通...

发表于 2017-12-13 17:19 126次阅读
多模介质波导滤波器的设计过程简介

社交媒体的7条优化性建议详解

作为一台功能丰富的国际通用手机,目前可能需要过滤最多15个频带上的2G、3G和4G收发通路,此外还有...

发表于 2017-12-13 16:32 123次阅读
社交媒体的7条优化性建议详解

Avago的FBAR技术更进一步,有助于超薄手机...

Avago Technologies(安华高科技)日前宣布,在美国PCS(个人通信服务)和UMTS(...

发表于 2017-12-13 14:25 93次阅读
Avago的FBAR技术更进一步,有助于超薄手机...

安规电容的工作原理

安规电容是指电容器失效后,不会导致电击,不危及人身安全的安全电容器。安规电容通常只用于抗干扰电路中的...

发表于 2017-12-12 15:45 396次阅读
安规电容的工作原理

微带滤波器的设计与优化方案分析

微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器...

发表于 2017-12-12 07:51 232次阅读
微带滤波器的设计与优化方案分析

FIR滤波器工作原理及实现过程介绍

在现代电子系统中,到处都可以看到数字信号处理( DSP )的应用,从MP3播放器、数码相机到手机。D...

发表于 2017-12-12 02:40 82次阅读
FIR滤波器工作原理及实现过程介绍

前端设计的电路要求和权衡因素详解

为SAR ADC选择合适的放大器和RC滤波器可能很困难,特别是当应用不同于ADC数据手册的常规用途时...

发表于 2017-12-11 18:14 1585次阅读
前端设计的电路要求和权衡因素详解

滤波器的主要参数概念介绍

滤波器的主要参数(Definitions) 1. 中心频率(Center Frequency):滤波...

发表于 2017-12-11 18:04 56次阅读
滤波器的主要参数概念介绍

一种因应 RFID 读取器的自适应基频滤波器

LTC6602 双通道带通滤波器是一种可编程的基频滤波器,适用于高效能 UHF RFID 读取器。在...

发表于 2017-12-11 07:23 178次阅读
一种因应 RFID 读取器的自适应基频滤波器

基于磁性材料的EMI滤波器改进方案

开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术,其特点是频率高,效率高,功率密度高,可靠性高。然而,由...

发表于 2017-12-10 20:31 104次阅读
基于磁性材料的EMI滤波器改进方案

滤波器功率与灵敏度的关系解析

在滤波器魔法师之12(使用Million Monkeys提供的方法设计滤波器)中,我给自己安排了一项...

发表于 2017-12-10 16:22 82次阅读
滤波器功率与灵敏度的关系解析