带通滤波放大器设计

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一种具备高镜像抑制比的带通滤波器设计

一种具备高镜像抑制比的带通滤波器设计王海兵【摘要】介绍一种高镜像抑制比的带通滤波器的设计。

在音频领域里所接触的大多为实数滤波器，滤波器的频率点具备对称性的特点，这就对信号处理领域带来很大的麻烦，如AM、FM中频滤波时产生的镜像频率，会对正常的搜台产生很大的干扰。

此设计利用复数滤波器的特点，设计出一种具备高镜像抑制比的带通滤波器，应用于数字调谐收音机解调系统里面。

由于采用的是全集成的复数带通滤波器，节省了传统的外部中频滤波器的成本及空间；实测镜像抑制比达40 dB，大大降低了搜台的误操作，提高了整机系统的信噪比，在信号处理领域有一定的借鉴意义。

%The paper introduces a design of bandpass filter with high image rejection ratio. In the audio field, we contact mostly real filter, this filter have the characteristics of symmetry, which will bring the field of signal processing to a lot of trouble, such as the mirror frequency to produce AM, FM intermediate frequency filtering, will have a lot of interference to the channel search normal, this design uses the characteristics of complex filter, design a rejectio n bandpass filters with high image rejection ratio, it’s used in digital tuning radio demodulation system, due to the use of the fully integrated bandpass filter, saves cost and space outside of the traditional intermediate frequency filter; inhibition ratio of 40 dB image rejection, greatly reduces the error operation channel search, improves the signal-to-noise ratio of the system, has certain reference meanings to the field of signal processing.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】4页(P16-19)【关键词】复数域带通滤波器;抑制镜像;信号处理【作者】王海兵【作者单位】无锡市晶源微电子有限公司，江苏无锡 214028【正文语种】中文【中图分类】TN402在现代电子接收机中，如手机、收音机等，内含的低中频放大器需抑制镜像频率信号[1]。

LC带通滤波器的设计与仿真设计毕业设计(论文)

1.3.2 国内外投入滤波器产业概况................................6
1.3.3 滤波器的前景....................................................7
1.3.4几种新型滤波器介绍..........................................8
●阻带滤波器：它的阻带限定在两个有限频率ƒ1与ƒ2之间，阻带两侧都有通带。
1.1.2 滤波器的种类
根据使用的波段和元件的不同，滤波器有很多种类，而且随着技术的发展，种类还在不断增加。总的来说，滤波器可分为两大类：无源滤波器和有源滤波器。
在无源滤波器中，所使用的是无源元件。他们在个体或组合的情况下，能够把一种形式的能量变换为另一种形式，并重新变回到原来的形式，换言之，它们必须是谐振性的。例如，在一个LC谐振电路中，在电容器的电场和电感线圈的磁场之间不断发生着能量的反复交换。因此，如果两个不同储能装置当相互偶合时，能够以很小的损耗实现能量的交换，它们就可以被利用为滤波器元件。
结束语.................................................................................43
致谢....................................................................................45
摘要
随着电子信息的发展，滤波器作为信号处理的不可缺少的部分，也得到了迅速的发展。LC滤波器作为滤波器的一个重要组成部分，它的应用相当的广泛。因此对于它的设计也受到人们的广泛关注。如何设计利用简单的方法设计出高性能的LC滤波器是人们一直研究的课题。

带通滤波器设计

LC椭圆函数带通滤波器设计要求带通滤波器，在15kHz～ZOkHz的频率范围内，衰减最大变化1dB，低于14.06kHz和高于23kHz频率范围，最小衰减为50dB,Rs=RL=10kΩ。

③运行Filter Solutions程序。

点击“阻带频率”输人框，在“通带波纹（dB）”内输人0.18，在“通带频率”内输人1，在“阻带频率”内输人1.456，选中“频率单位－弧度”逻辑框。

在“源阻抗”和“负载阻抗”内输人1。

④点击“确定阶数”控制钮打开第二个面板。

在“阻带衰减（dB）”内输人50，点击“设置最小阶数”按钮并点击“关闭”，主控制面板上形式出“6阶”，选中“偶次阶模式”逻辑框。

⑤点击“电路”按钮。

Filter s。

lutions提供了两个电路图。

选择“无源滤波器1”，如图1（a）所示。

⑥这个滤波器必须变换为中心频率ω0=1的归一化带通滤波器。

带通滤波器的Q 值为：把所有的电感量和电容值都乘以Qbp°然后用电感并联每一个电容、用电容串联每一个电感使其谐振频率为ω0=1，该网络被变换为带通滤波器。

使用的谐振元仵是原元件值的倒数，如图1（b）所示。

⑦按照图1的方式转换Ⅱ型支路。

变换后的滤波器见图1（c）。

在原理图下标出了以rad/s为单位的谐振频率。

⑧用中心频率fo=17.32kHz和阻抗10kΩ对滤波器进行去归一化以完成设计。

将所有的电感乘以Z/FSF，所有的电容除以z×FSF，其中z=104，FSF=2πfe=1.0882×105。

最终的滤波器见图1（d）。

图1（c）中的归一化谐振频率直接乘以几何中心频率fo=17.32kHz即可得到谐振频率。

频率响应见图1（e）。

滤波器的主要参数滤波器的主要参数（Definitions) 中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的中心频率f 0 ，一般取f 0 =（f 1 +f 2 ）/2，f 1 、f 2 为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。

有源带通滤波器设计

有源带通滤波器设计引言有源带通滤波器是一种常见的滤波器类型，用于滤除特定频率范围内的信号。

本文将介绍有源带通滤波器的设计过程和原理，以及如何使用基本电路元件实现。

有源带通滤波器原理有源带通滤波器是一种组合了放大器和带通滤波器的电路。

通过选择合适的放大器增益和滤波器参数，可以实现在一定频率范围内放大输入信号，并抑制其他频率上的信号。

有源带通滤波器的基本原理是选择适当的带通滤波器作为前馈网络，将放大器的输出信号反馈到滤波器的输入端，以实现对特定频率范围内的信号的放大。

有源带通滤波器设计步骤有源带通滤波器的设计过程可以分为以下几个步骤：步骤1：确定滤波器参数首先需要确定希望滤波器通过的频率范围。

这个范围可以根据具体的应用需求来确定。

同时还需要确定滤波器的截止频率和带宽。

这些参数将在后续的设计中使用。

步骤2：选择放大器根据滤波器的参数和所需增益，选择合适的放大器。

放大器的增益应该满足滤波器要求的放大倍数。

步骤3：设计前馈网络根据所选的放大器和滤波器参数，设计前馈网络。

前馈网络应具有带通滤波器的特性，可以选择不同的滤波器拓扑结构，如巴特沃斯滤波器、椭圆滤波器等。

步骤4：选择反馈电阻选择合适的反馈电阻，以实现对滤波器输出信号的反馈。

步骤5：分析、模拟和优化进行电路分析和模拟，通过调整电路参数来优化滤波器的性能。

可以使用电路仿真软件进行模拟，并使用适当的优化方法来改善滤波器的频率响应和增益特性。

步骤6：实现电路根据设计结果，通过选取合适的电路元件来实现滤波器电路。

注意选择适当的操作放大器供电电压和电源。

有源带通滤波器设计示例下面是一个示例设计过程，以说明有源带通滤波器的设计思路。

步骤1：确定滤波器参数假设我们希望设计一个有源带通滤波器，通过频率范围为1kHz到10kHz的信号。

截止频率选择为2kHz，带宽选择为1kHz。

步骤2：选择放大器根据所需增益，选择一个增益足够的放大器。

假设选择一个增益为20倍的放大器。

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。

模电课程设计--有源带通滤波器

有源带通滤波器电路设计
1 滤波器的简介
在电子电路中，输入信号的频率有很多，其中有些频率是需要的工作信号，有些频率是不需要的干扰信号。如果这两个信号在频率上有较大的差别，就可以用滤波的方法将所需要的信号滤出。滤波电路的作用是允许模拟输入信号中某一部分频率的信号通过，而阻断另一部分频率的信号通过。
3.2单相桥式全波整流电路的工作原理
整流电路是利用二极管的单向导电性，把交流电变成脉动直流电的电路。单相桥式全波整流电路由四个二级管组成，整流堆管脚图及内部结构如图3.2所示。该电路的整流效果和输出电压波形，为单相半波整流电路的二倍。桥式整流电路的简化电路图如图3.3所示。图3.2 图3.3 整流堆管脚及内部结构图
ausaufssrc13aufssrcsrc2????????11设中心频率f0rc电压放大倍数auauf3auf???????12当ff0时得出通带放大倍数aupauf3aufqauf???????????13使式12分母模为2即使式12分母虚部绝对值为1即解方程取正根就可得到下限截止频率fp1与上限截止频率fp2分别为fp1f03auf????????14fp2f03auf????????15通频带为
运算放大器符号
图2.2
LM324管脚连
由于LM324四运放集成电路既可接单电源使用（3 电源使用（±1.5
~30V），也可以接双
~±15V），不需要调零，具有电源电压范围宽,静态功耗小,
可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。
2.2有源带通滤波器的工作原理
带通滤波器只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。注意：要将高通的下限截止频率设置为小于低通的上限截止频率。典型的带通滤波器可以由RC低通滤波器和RC高通滤波器串联而成，从而实现了“带通滤波”的要求。二阶压控型有源带通滤波器原理框图如图2.3所示。

带通滤波器课程设计

目录前言第一章二阶带通滤波器的设计要求 (4)1.1简介 (4)1.2设计任务及要求 (4)第二章系统组成及工作原理 (4)2.1 二阶有源低通滤波器 (4)2.2二阶有源高通滤波器 (7)2.3设计方案 (8)2.3 元件参数选取 (9)2.4二阶带通滤波器设计元件清单 (10)第三章二阶带通滤波器的仿真 (10)3.1 二阶有源带通滤波器仿真电路图 (10)3.2仿真结果及分析 (11)3.3设计总结及心得 (13)参考文献前言近几年，随着冶金、化工、纺织机构等工业使用的各种非线性用电设备，而产生的大量的高次谐波，已导致电网上网正常波形发生严重畸变，影响到供电系统的电能质量和用户用电设备的安全经济运行。

随着生产技术方式的变化，生产力确实得到较大提高，可同时也受到方方面面的限制。

如当人们做出了具体的制度设计需要付诸实践进行试验，试验过程中不可避免地会受到一些偶然随即因素的干扰，为评价新方案的效果，需排除这些随即因素的影响，即，需要一个滤波器。

经滤波以后，对新方案的效果进行检验。

说到滤波器，可分为两种：有源和无源。

有源滤波自身就是谐波源。

其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。

有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。

一般无源滤波指通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一个低阻态通路。

这样谐波电流就不会流入系统。

无源滤波的优点为运行稳定，技术相对成熟，容量大。

缺点为谐波滤除率一般只有80％，对基波的无功补偿也是一定的。

我们通过自身的所学知识设计了这个二阶低通滤波器，并尽可能的调试，希望能得到较好的滤波效果。

第一章二阶带通滤波器的设计要求1.1简介带通滤波器是指能通过某一频率范围的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。

一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路。

带通滤波器毕业设计

带通滤波器毕业设计带通滤波器毕业设计引言：在现代电子技术的发展中，滤波器是一种非常重要的电子元件。

它可以对信号进行处理，去除杂波和干扰，从而提高信号的质量。

而在电子工程师的毕业设计中，设计一个带通滤波器是一项常见的任务。

本文将介绍带通滤波器的原理、设计方法以及实际应用。

一、带通滤波器的原理带通滤波器是一种能够通过一定频率范围内的信号，而削弱其他频率信号的电子元件。

其原理是利用电容、电感和电阻等元件的组合，形成一个能够选择性地通过一定频率范围内信号的电路。

带通滤波器可以分为主动滤波器和被动滤波器两种类型。

主动滤波器采用了运算放大器等主动元件，能够提供放大和反馈功能，从而实现更精确的频率选择。

被动滤波器则只采用了电容、电感和电阻等被动元件，其频率响应相对较简单。

二、带通滤波器的设计方法1. 确定设计要求：在设计带通滤波器时，首先需要明确设计要求，包括通带范围、阻带范围、通带衰减和阻带衰减等参数。

这些参数将决定滤波器的性能和适用场景。

2. 选择滤波器类型：根据设计要求，选择适合的滤波器类型。

常见的带通滤波器类型有Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器和Elliptic滤波器等。

它们在通带和阻带的衰减特性、相位响应等方面有所不同，因此需要根据具体需求进行选择。

3. 计算元件数值：根据选择的滤波器类型和设计要求，计算滤波器中各个元件的数值。

这包括电容、电感和电阻等元件的数值选择，以及元件的连接方式和拓扑结构。

4. 仿真和优化：通过电子设计自动化软件，进行滤波器的仿真和优化。

根据仿真结果，对滤波器的性能进行评估和调整，以达到设计要求。

5. 实际制作和测试：根据设计结果，制作实际的滤波器电路，并进行测试和验证。

测试结果将反馈给设计者，以便对设计进行进一步改进和优化。

三、带通滤波器的应用带通滤波器在电子领域有着广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 语音信号处理：在通信系统中，带通滤波器可以用于去除语音信号中的噪声和杂音，提高通信质量。

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2.系统设计 2.1 完整电路图
电路主要由两个并联的差分对构成运算放大电路，由共源共栅电流镜提供恒定电流，电流镜要求设置一个基准电流源。 NM6、NM7、NM8、NM9 四个 NMOS 管构成共源共栅电流镜。 NM5、NM1 构成一个基本差动对，NM0、NM2 构成带限流电阻和旁路电容的差动对。两个差动对并联，构成完整的差动放大电路。电压源电压为 5.95V，电流源为 500uA。
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电路仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.1 4.2 4.3 4.4 电路元件最终参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 直流工作点仿真分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 系统的频率分析…………………………………………………………16 部分模块仿真……………………………………………………………16
VN VGS 0 VGS 1
电流源两端的电压是
2 I REF L L [ ( )0 ( )1 ] VTH 0 VTH 1 nCox W W
V VDD
2 I REF L L [ ( )0 ( )1 ] VTH 0 VTH 1 nCox W W
如果 (W / L)3 / (W/ L)0 (W/ L) 2 / (W/ L)1 ，那么 VGS 0 VGS 3 ,VX VY
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3 模块设计 3.1 输入
本实验输入共模为 900mV，电压源 5.95V，电流源 500uA
3.2 共源共栅电流镜
镜像电流源也称为电流镜(Current Source)，当在它的输入端输入一个参考电流 Ir 时，输出端将输出一个大小和方向都等于参考电流的输出电流 Io。电流镜的作用是将输入支路的电流拷贝到输出支路，给其他子系统提供电流。共源共栅电流镜原理：如果两个相同 MOS 管的栅源电压相等，那么沟道电流也相同。
I out (W / L) 2 I REF (W / L)1
2.【共源共栅电流镜】
上述有关电流镜的讨论，都忽略了沟道长度调制。在实际中，这一效应使得镜像的电流产生了极大的误差，尤其是当使用最小长度晶体管以便通过减小宽度来减小电流源输出电容时。对于基本电流镜，可以写出： I D1 ID2 1 W n Cox ( )1 (VGS VTH ) 2 (1 VDS1 ) 2 L 1 W n Cox ( )2 (VGS VTH ) 2 (1 VDS 2 ) 2 L
I D 2 (W/ L)2 1 VDS 2 I D1 (W/ L)1 1 VDS 1
为了抑制沟道长度调制的影响，可以使用共源共栅电流源。
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如果 (W / L)3 / (W/ L)0 (W/ L) 2 / (W/ L)1 ，那么 VGS 0 VGS 3 ,VX VY
VY VX 2 I REF / [ n Cox (W / L)1 ] VTH 1
2 3
系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６模块设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７ 3.1 输入 ....................................................... ７ 3.2 共源共栅电流镜 ............................................. ８ 3.3 差动放大电路……………………………………………………………10 3.4 频率特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.12 3.5 参数的手工推导计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
When the disturbance signal and the useful signal not in the same frequency range, rejects (attenuates) frequencies outside that range. The bandwidth of the filter is simply the difference between the lower and the upper cutoff frequencies. Key Words： band-pass filter bandwidth W/ L density frequency A band-pass filter is a device that passes frequencies within a certain range and
由于一级 CMOS 放大电路的增益一般在 20-300 左右，已足够满足运放低频增益 32dB 的要求，故要设计出期望的运算放大器，一级 CMOS 运放已经完全足够。通过对比各项性能指标，差分放大电路以其高增益、高输出摆幅、低功耗、低的输出噪声、结构简单，寄生零极点少，抑制共模输入等优点，被我们确定为本次设计运算放大器的主要结构。为使差分放大电路正常稳定的运行，因在电路中增设一稳定的电流镜，经慎重考虑后，因共源共栅电流源拥有抑制沟道长度调制的影响的性质，能提供稳定输出的电流，因而选用共源共栅电流镜。
VDD
OUT_N IN_N IN_P
OUT_P
VBias
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1.2 课题理解
在实际生产生活中，工业控制领域对于特定信号的检测是一项非常重要的工作。而实际情况中测量的外界信号转化为电信号后，其数值大多十分微弱，且往往带有不需要的噪音等等。此时需要对测得的信号进行滤波与放大处理，从而得到易于直接使用与分析的电信号。带通滤波放大器便是实现这一功能的重要元件。
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目录
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２ ABSTRACT．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３ 1 课题介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 1.1 课题要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 1.2 课题理解．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．５ 1.3 课题分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６
5 结果分析 ................................................................................................................. 19 6 心得与体会………………………………………………………………………………………………………20 7 致谢………………………………………………………………………………………………………………21
ＩＣ课程设计题号：6
带通滤波放大器的设计
院系：自动化学院专业：自动化学号：XXXXXXXXXX 姓名：XXX
联系方式：XXXXXXXXXXX 完成时间：2015.12.25 指导老师：邹雪城同组成员：XXX XXX
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摘要
本文主要是研究带通滤波放大器的电路设计及电路中 mos 管的各项数值对输出结果的影响滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其剧烈地衰减，当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效地抑制干扰。而带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。带通滤波器的带宽就是频带较低的剪切频率和较高的剪切频率之间的差值。
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1.1 课题要求
图 1 所示为带通滤波放大器电路
课题介绍
（1）分析图 1 电路的滤波原理；（2）参考图中的电路，按照下面的设计指标设计一个基于 180nm CMOS 工艺的带通滤波放大器：设计指标：3dB 带宽为 50kHz-25MHz，增益 32dB (注：电源电压 VDD=1.8V，输入共模为 900mV)