有源RC带通滤波器设计方案
有源RC带通滤波器设计方案
有源RC带通滤波器设计方案一、需要关注的指标：功能指标1.通带带宽(Bandwidth)滤波器通过截止信号的频率界限，一般用绝对频率来表示，也可用中心频率和相对带宽等值来表示。
带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz。
2.通带纹波(Passband Ripple):把通带波动的最高点和最低点的差值作为衡量波动剧烈程度的参数，即是通带波纹。
通带波纹导致对于不同频率的信号放大的增益倍数不同，可能输出信号波形失真。
0？巴特沃斯，通带平坦。
3.阻带抑制((Stopband Rejection):即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带范围内陡峭的下降。
通常取通带外与带宽为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。
？？4.通带增益(Passband Gain):有用信号通过的能力。
无源滤波器产生衰减，有源滤波器可以产生增益。
？？5.群时延:定义为相位对频率的微分，表征不同频率的信号通过系统时的相位差异。
？？性能指标：1.运算放大器的增益带宽积，GBW对于滤波器的性能来讲，起到了至关重要的作用。
如果设计得到的GBW较小不满足要求，则滤波器将在高频频段出现增益尖峰。
同时为了降低滤波器的整体功耗，GBW又不能选取的太大。
根据当前业界对滤波器的研究，这里我们设定GBW为滤波器工作截止频率的50倍。
2.带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz=====》最高截止频率为212.5KHz=====》GBW至少10.625MHz。
3.电流功耗，主要是单个运放的功耗。
4.示例：带宽为2MHz的有源带通滤波器所采用的的运放，1.8V电源电压下，消耗的电流为310uA，中频电压增益为65dB，增益带宽积GBW为160MHz，相位裕度为55度，驱动负载为100K欧，2pF。
5.本项目电源电压3.3V，GBW至少10.625MHz，负载1M欧，10pF，相位裕度大于80，电流<250uA。
6.共模电平,一般设置为电源电压的一半。
四阶RC有源带通滤波器的设计
）男 ， ， 福建泉 州人 ， 中教高级 ， 从事电子技术教学及应 用研究．
维普资讯
３ ６
泉 州师 范学 院学 报 （ 自然 科 学 ）
２０ ０ ７年 ７月
令 孚 ，ｕｓ 孚 （得 Ａ 一 由 ｒ 一 ｓ （ ） ） ，
Ｕ ｓ （ ）＝ Ａ Ｕｏ ｓ ＝ ＵＮ（ ） （） 。
维普资讯
第 ２ ５卷第 ４期 ２０ ０ ７年 ７月
泉 州师 范学 院学 报 （ 自然科 学 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＱｕ ｎ ｈ ｕ Ｎｏ ｍａ ｉｅ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ ｏ ｒ ａ ａ ｚ ｏ ｒ ｌＵｎ ｖ ｒｉｙ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ） ｏ
滤波器 在通 信测量 和控制 系 统 中得 到 了 广泛 的应 用． 理想 滤 波 器 应 在 要 求 的 频 带 内具 有 均匀 而 稳
定 的增 益 ， 而在通 带 以外则 具 有无 穷 大 的 衰减 ． 然而 实 际 的 滤波 器 距 此 有 一 定 的 差 异 ， 此 人们 采 用 各 为 种 手段 如用 函数 法逼 近 理想 滤波 器 、 用高 阶 电路逼 近理 想滤 波器 等．
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ １２ ．
Ｊ １２ ０ ｕ． ０ ７
四阶 Ｒ Ｃ有源 带通滤 波器 的设 计
郭农 斐 袁放 成。 ，
（． １泉州黎 明大学 电子工程 系， 福建 泉州 ３ ２ ０ ． ６０ ０ ２ 泉州师范 学院 理工学院 ， 福建 泉州 ３ ２０ ） ６ ０ ０
摘
要 ： 电子电路 中滤波器 的应 用越来越广泛 ， 在 带通 滤波 器是滤波 器 中应 用最 多的一种 ． 章设计 的四 文
信息的光电信号具有频率低、 幅度小 、 易受干扰等特点 ， 因而 Ｒ Ｃ有源滤波器普遍应用于这类光电弱信号检
有源RC带通滤波器设计方案
有源RC带通滤波器设计方案一、需要关注的指标：功能指标1.通带带宽(Bandwidth)滤波器通过截止信号的频率界限，一般用绝对频率来表示，也可用中心频率和相对带宽等值来表示。
带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz。
2.通带纹波(Passband Ripple):把通带波动的最高点和最低点的差值作为衡量波动剧烈程度的参数，即是通带波纹。
通带波纹导致对于不同频率的信号放大的增益倍数不同，可能输出信号波形失真。
0？巴特沃斯，通带平坦。
3.阻带抑制((Stopband Rejection):即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带范围内陡峭的下降。
通常取通带外与带宽为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。
？？4.通带增益(Passband Gain):有用信号通过的能力。
无源滤波器产生衰减，有源滤波器可以产生增益。
？？5.群时延:定义为相位对频率的微分，表征不同频率的信号通过系统时的相位差异。
？？性能指标：1.运算放大器的增益带宽积，GBW对于滤波器的性能来讲，起到了至关重要的作用。
如果设计得到的GBW较小不满足要求，则滤波器将在高频频段出现增益尖峰。
同时为了降低滤波器的整体功耗，GBW又不能选取的太大。
根据当前业界对滤波器的研究，这里我们设定GBW为滤波器工作截止频率的50倍。
2.带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz=====》最高截止频率为212.5KHz=====》GBW至少10.625MHz。
3.电流功耗，主要是单个运放的功耗。
4.示例：带宽为2MHz的有源带通滤波器所采用的的运放，1.8V电源电压下，消耗的电流为310uA，中频电压增益为65dB，增益带宽积GBW为160MHz，相位裕度为55度，驱动负载为100K欧，2pF。
5.本项目电源电压3.3V，GBW至少10.625MHz，负载1M欧，10pF，相位裕度大于80，电流<250uA。
6.共模电平,一般设置为电源电压的一半。
RC有源滤波器毕业设计(1)
前言随着计算机技术的发展，模拟电子技术已经成为一门应用范围极广，具有较强实践性的技术基础课程。
电子电路分析与设计的方法也发生了重大的变革，为了培养学生的动手能力，更好的将理论与实践结合起来，以适应电子技术飞速的发展形势，我们必须通过对本次课程设计的理解，从而进一步提高我们的实际动手能力。
滤波器在日常生活中非常重要，运用非常广泛，在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的滤波器。
随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种滤波器。
用集成电路实现的滤波器与其他滤波器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。
滤波器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
现在我们通过对滤波器器的原理以及结构设计一个能够低通、高通、带宽、阻带等多种形式的滤波器。
我们通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最合适本课题的方案。
在达到课题要求的前提下保证最经济、最方便、最优化的设计策略。
按照设计的方案选择具体的元件，焊接出具体的实物，并在实验室对事物进行调试，观察效果是否与课题要求的性能指标作对比。
最后分析出现误差的原因以及影响因素。
设计任务书一、设计目的1、学习RC有源滤波器的设计方法；2、由滤波器设计指标计算电路元件参数；3、设计二阶RC有源滤波器(低通、高通、带通)；4、掌握有源滤波器的测试方法；5、测量有源滤波器的幅频特性。
二、设计要求和技术指标1、技术指标(1) 低通滤波器：通带增益AUF=2；截止频率fH =2000Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；(2) 高通滤波器：通带增益AUF=5；截止频率fL =100Hz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频；(3) 带通滤波器：通带增益AUF=2；中心频率：fO =1kHz；Ui=100mV；阻带衰减：不小于-20dB/10倍频。
2、设计要求（1）分别设计二阶RC低通、高通、带通滤波器电路，计算电路元件参数，拟定测试方案和步骤；（2）在面包板或万能板上安装好电路，测量并调整静态工作点；（3）测量技术指标参数；（4）测量有源滤波器的幅频特性并仿真；（5）写出设计报告。
RC高通有源滤波器课程设计报告
课程设计设计题目RC高通有源滤波器学生姓名学号专业班级指导教师设计类型：信号与系统课程设计设计制作一个增益可调，截止频率C=3000Hz的RC有源高通滤波器阅读教材第十章第八节，理解RC有源滤波器；查阅有关RC有源滤波器设计的相关资料，确定设计方案和元件数值；用Multisim模拟所得滤波器的频响特性（运放选用NE5532）；由于实验室只能提供特定的的元件数值，按照能获得的元件数值对电路进行修正和模拟，获得最符合要求的电路元件参数。
按获得的电路及元件参数，用面包板焊接好滤波器，连接信号发生器、示波器，测试电路的频响。
分析实验结果：测试结果与模拟结果的差异及其原因及可能的改进方法。
撰写课程设计报告。
课程设计题目：设计制作一个增益可调，截止频率=3000Hz的RC有源高通滤波器要求如下：阅读教材第十章第八节，理解RC有源滤波器；查阅有关RC有源滤波器设计的相关资料，确定设计方案和元件数值；用Multisim模拟所得滤波器的频响特性（运放选用NE5532）；由于实验室只能提供特定的的元件数值，按照能获得的元件数值对电路进行修正和模拟，获得最符合要求的电路元件参数。
按获得的电路及元件参数，用面包板焊接好滤波器，连接信号发生器、示波器，测试电路的频响。
分析实验结果：测试结果与模拟结果的差异及其原因及可能的改进方法。
撰写课程设计报告。
二. 课程设计目的：理解RC有源滤波器，学习RC有源滤波器的设计方法，由滤波器设计指标计算电路元件参数。
掌握应用Multisim软件；掌握常用元器件的识别和测试，测量有源滤波器的幅频特性；熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；体会课程设计的过程，通过理论联系实际，提高和培养创新能力，提高实践能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。
课程设计环境：Multisim介绍Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。
RC有源滤波器设计
下图3-6 和3-7为RC有源带通滤波器的仿真图
图3-6为RC有源带通滤波器的仿真电路图和波特图
图3-7为RC有源带通通滤波器的仿真电路波特图
3.2二级RC有源滤波器的制作
1、制作过程中用到的工具和仪器如下所示： 万能板、电烙铁、镊子、焊锡丝、导线、尖嘴钳、数字万用表等
等！ 2、制作过程： ①先在纸上画好电路图，电路图的大小和实物大小应相差不大，进
维体系和实验的构成要素（主体，手段，对象和目的）为教材内容展 开。
过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，实验技 术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在 未来的工作中开拓创新。
本设计所涉及的知识：方案论证，产品说明，原理说明，安装工 艺，调试与测试，焊接技术，元件清单，操作说明。
图3-1为RC有源低通滤波器的仿真电路图和波特图
图3-2 RC有源低通滤波器的波特图
3.1.2二级RC有源高通滤波器的仿真
1、仿真步骤如下， ①打开EWB，创建并保存画好电路图，如图3-3所示。 ②设置信号发生器；选择正弦波，输入Ui=100mV。 ③打开波特图仪，设置并运行电路，调整波特仪中波形，观察截止频率 及电压放大倍数并将数据和波形记录如图3-4所示！
行这一步目的为了确定元器件在万能板大概位置，便于焊接！ ②元器件的安装。安装一个元器件，先要用尖嘴钳将其引脚成
型，然后用镊子把引脚放入万能板．高度要适中，符合电气标准． 然后再进行焊接，完毕后，要用万用表测量元器件引脚和板之间是 否接触良好，是否为虚焊。然后再这个方法一次安装每一个元器 件。
③安装完每个元器件后，整个电路基本差不多制作完成，此时 应对照所设计的电路图用万用表检查整个电路是否连接好，电路是 否接正确。检查确认无误后，二级RC有源滤波器的制作也就完成 了。
RC有源带通滤波器的设计
RC有源带通滤波器的设计有源带通滤波器是一种基本的滤波器电路，它可以选择性地通过一定频率范围内的信号，并且具有放大功能。
在设计有源带通滤波器之前，我们首先需要确定所需的滤波特性和频率范围，然后选择合适的滤波器类型和电路拓扑结构。
有源带通滤波器的一种常见电路拓扑结构是Sallen-Key结构，它由一级和二级滤波器级联组成。
在本次设计中，我们将以二级Sallen-Key 结构作为例子进行说明。
首先，我们需要确定所需的滤波特性和频率范围。
假设我们需要设计一个中心频率为1kHz，通带增益为10倍，带宽为500Hz的有源带通滤波器。
接下来，我们选择合适的滤波器类型，例如巴特沃斯滤波器。
接下来，依据设计要求，我们可以计算出滤波器的品质因子Q和截止频率。
品质因子Q可以通过以下公式计算得出：Q=中心频率/带宽因此，Q=1000Hz/500Hz=2截止频率可以通过以下公式计算得出：fc = 中心频率 / (2 * Q)因此，fc = 1000Hz / (2 * 2) = 250Hz根据所得到的Q和fc值，我们可以选择合适的滤波器元件数值，例如电容和电阻。
在Sallen-Key结构中，我们可以选择两个电容和三个电阻。
接下来，我们可以根据标准的频率响应公式计算电流放大器的增益和频率域特性。
有源带通滤波器的传输函数可以表示为：H(s)=-(s/ωc)*(1/(s^2+s/(Q*ωc)+1/(ωc^2)))其中，s是复频域变量，ωc是角频率。
通过计算得到的传输函数，我们可以绘制出滤波器的幅频响应图和相频响应图。
根据滤波器的幅频响应图，我们可以验证滤波器的增益特性和通带带宽范围。
根据滤波器的相频响应图，我们可以验证滤波器的相位特性。
在设计完成后，我们可以进行仿真和实际测试。
通过使用电子设计自动化(EDA)软件进行电路仿真，我们可以验证设计的性能和预测工作点。
在实际测试中，我们可以通过控制信号源和频谱分析仪来验证滤波器的频率特性和频率响应。
RC有源滤波器(课程设计任务书)
课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称 电子线路课程设计 学生姓名 专业班级 设计题目 RC 有源滤波器设计一、课程设计的任务和目的任务:设计一个RC 有源滤波器。
目的：培养学生综合运用所学知识的能力，综合设计能力，培养动手能力及分析问题、解决问题的能力。
二、设计内容、技术条件和要求性能指标要求：1、设计一个二阶Butterworth Sallen-key 型低通滤波器，要求截止频率KHz f c 2=，增益2=V A ；2、设计一个二阶Butterworth MFB 型高通滤波器，要求截止频率Hz f c 100=，增益5=V A ； 3、设计一个二阶Butterworth 带通滤波器，要求中心频率KHz f 10=，增益2=V A ，品质因数10=Q 。
实验仪器设备：低频信号发生器、实验箱、元器件及工具、双踪示波器、直流稳压电源。
设计内容与要求：1、认真查阅相关文献，写出设计预习报告；2、根据已知条件及性能指标要求，确定电路及元器件参数（以上两步要求在实验前完成）；3、对设计电路进行计算机仿真，验证设计是否正确4、在实验箱面包板上安装电路，并进行调试，使其满足设计要求。
5、所有实验完成后，写出课程设计报告。
三、时间进度安排第1周 周一上午布置设计任务，讲解设计要求，安排答疑、实验时间；周三下午课程设计答疑，其他时间学生查资料，做初步理论设计；第2周 周一交设计初稿，由指导教师审查；周三、四学生进实验室做仿真实验，并根据实验情况修正设计图；周四、五做插接线实验，最后根据实验情况总结、撰写设计说明书。
四、主要参考文献1、电子线路（线性部分）第四版谢嘉奎2、各种版本模拟电子技术教程 3. 集成电路手册指导教师签字：2010 年12 月22 日。
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有源RC带通滤波器设计方案
一、需要关注的指标：
功能指标
1.通带带宽(Bandwidth)滤波器通过截止信号的频率界限，一般用绝对频率来表示，也可用中心频率和相对带宽等值来表示。
带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz。
2.通带纹波(Passband Ripple):把通带波动的最高点和最低点的差值作为衡量波动剧烈程度的参数，即是通带波纹。
通带波纹导致对于不同频率的信号放大的增益倍数不同，可能输出信号波形失真。
0？巴特沃斯，通带平坦。
3.阻带抑制((Stopband Rejection):即对不需要信号的抑制能力，一般希望尽可能大，并在通带范围内陡峭的下降。
通常取通带外与带宽为一定比值的某一频率的衰减值作为此项指标。
？？
4.通带增益(Passband Gain):有用信号通过的能力。
无源滤波器产生衰减，有源滤波器可以产生增益。
？？
5.群时延:定义为相位对频率的微分，表征不同频率的信号通过系统时的相位差异。
？？
性能指标：
1.运算放大器的增益带宽积，GBW对于滤波器的性能来讲，起到了至关重
要的作用。
如果设计得到的GBW较小不满足要求，则滤波器将在高频频
段出现增益尖峰。
同时为了降低滤波器的整体功耗，GBW又不能选取的
太大。
根据当前业界对滤波器的研究，这里我们设定GBW为滤波器工作
截止频率的50倍。
带通滤波器，中心频率200KHz，带宽25KHz=====》最高截止频率为
212.5KHz=====》GBW至少10.625MHz。
2.电流功耗，主要是单个运放的功耗。
示例：带宽为2MHz的有源带通滤波器所采用的的运放，1.8V电源电压
下，消耗的电流为310uA，中频电压增益为65dB，增益带宽积GBW为
160MHz，相位裕度为55度，驱动负载为100K欧，2pF。
本项目电源电压3.3V，GBW至少10.625MHz，负载1M欧，10pF，相位裕
度大于80，电流<250uA。
3.共模电平,一般设置为电源电压的一半。
考虑到电源电压浮动，按最小电源电压的一半设计，拟设计为1.5V。
4.输入输出差分电压摆幅，最好是满摆幅。
5.噪声，来自电阻和运放，值得注意的是，构成高阶滤波器的各个Biquad
位置放置不同，噪声也会不同，适当时候也可以引进全通单元放第一级
来抑制噪声(全通还被用来平衡群延时)。
6.线性度，也是滤波器的一个重要的性能性指标，在模拟基带电路中，一
般用THD总谐波失真来衡量，也有看输入1dB压缩点的。
7.稳定性，分两种，一种是涉及到振荡的稳定性，需要仔细设计运放，并
关注极点和稳定性圆的关系来避免振荡；另外一种是随工艺和温度偏差
带来的频率偏移，需要片上自调谐电路来修正。
二、设计步骤：
1.电路分析:
根据所要实现的系统指标、结构特点以及约束条件，来决定所采用的滤波器类型、基本电路结构、传递函数的类型以及阶数等基本参数。
有源RC，Thomas Biquad，椭圆函数，4阶。
2.曲线逼近
理想的滤波器传输函数为矩形窗，而实际滤波器的设计是由不同的有理函数来逼近，均有一定的滚降系数。
阶数越大，窗口越陡峭。
而不同的滤波器函数则有不同的特点，Butterworth有最佳的带内平坦度，而Chebyshev则有较强的阻带衰减。
根据系统指标和选定的逼近函数，得到具体的传输函数。
4阶巴特沃斯，传输函数：
3.电路综合
根据曲线逼近所得到的传输函数，采用相应的电路结构，计算相应的元件参数。
要注意系统中各种约束条件，以及器件的非理想性对函数曲线的影响。
a)运放设计：
本项目电源电压3.3V，GBW至少10.625MHz，负载1M欧，10pF，相位裕度大于80，电流<250uA，共模电平1.5V。
输入阻抗尽量大，输出阻抗尽量小。
GNDA
I
R
E
F
25uA
PMOS输入优点：不受sub影响，容易启动，容易做进DNW里，隔离噪声，但是稍微占面积。
b)低通滤波器设计：
c)频率搬移：
d)自调谐系统设计
滤波器的中心频率和带宽决定于电路中用到的电阻和电容数值，而集成电路在生产过程中元件可能会偏离设计值，误差可达到20%。
为了获得一个精确的频率响应曲线，相应的自动频率调谐电路是必须的选择。
调谐系统的工作原理是通过检测调谐系统中RC时间常数的变化，来控制滤波器中的RC时间常数。
为了检测的有效性，积分器中的电阻和电容阵列的类型都和滤波器中的相同。
如果调谐系统中的RC常数和理想值存在偏差，说明滤波器中的RC常数也存在偏差，从而可通过调谐系统，改变电容阵列的控制码，最终使RC常数达到或最大限度地接近预期值。
图6给出了调谐系统框图，主要由积分器、比较器及部分数字单元组成，并给出了电容阵列的具体组成。
滤波器中的电容组成方式与此保持一致。
由于恒跨导结构的作用，可将参考电压Vref转换为电流:
该电流通过电流镜复制到电容支路，在充电时钟来临后，对电容充电并达到积分效果，设一个周期内的积分时间为Tint，则积分电压为:
该电压和比较器的参考电压Vref,进行比较，送出“1”或“0”的判断信号，该信号随即被送入数字单元。
数字单元的主要电路包括译码器和计数器，译码器将比较器输出“1”译为“00001"，将“0”译为“11111”(负1的补码)。
此后，该5比特信号被送入计数器进行码元改变操作。
如果比较器输出为“1"，则会增加5比特控制码的值，从而增加电容阵列的值，使下一个周期的积分电压降低，以接近比较器的参考电压。
反之，如果比较器输出为“0”，则会降低5比特控制码的值，从而会降低电容阵列的值，使下一个周期的积分电压增加，以接近参考电压。
在进行完每次码元改变后，都会产生一个放电时钟，放掉电容阵列上的电荷，以准备下一次充电和比较等一系列过程。
经过若干周期后，可以预计最终的积分电压将接近参考电压，从而调谐回路达到预期精度。
经过调谐Rref与C的乘积约等于Tint，最终满足Vo＝Vref，完成调谐。
为了降低功耗，当调谐过程结束时，调谐电路将被关闭。
4.仿真
电路综合后要在仿真软件中进行晶体管级的仿真，得到实际的元件参数，然后再进行版图设计和后仿真，保证电路在各种工艺角下都能满足指标要求。