侵权投诉
当前位置:

OFweek电子工程网

放大/调整/转换

正文

有源滤波器设计工具比较

导读: 本文对4 种有源滤波器设计工具的标称拟合精度和一些动态范围进行了详细的评估。这4种工具都使用标称拟合误差小于0.6%的理想运算放大器,采用E96步长电阻值,在标称拟合精度方面非常出色。

使用供应商提供的多反馈(MFB)低通有源滤波器工具到底有什么好处?让我们深入探讨来获得答案。

在此在线设计工具精确度的探索中,市场上4种供应商工具针对相对简单的二阶低通滤波器给出的RC值,是以MFB拓扑实现的。本文将使用这些值进行仿真,以对所得滤波器形状与理想目标进行比较,得出每个方案的拟合误差。标称拟合误差是由RC的标准值约束和有限放大器的增益带宽积(GBW或GBP)所引起。使用相同运放模型得到的每个RC方案的输出点和积分噪声结果,由于电阻大小和噪声增益峰值差异而略有不同。

MFB滤波器内的噪声增益形状由期望的滤波器形状和噪声增益零点所产生。由于特定RC方案给出的噪声增益零点不同,不同方案的峰值噪声增益差异很大。设计示例将对这些差异进行说明,同时还会显示对于不同工具得出的RC方案,其最小带内环路增益(LG)的差异。

标称增益响应与理想响应的拟合误差

有许多方法可以评估拟合误差。所有这些工具在大部分频率范围内得到的响应形状非常相近,其中大部分偏差发生在响应的峰值附近。一种简单的拟合衡量标准是,将每个实现电路得出的f0和Q与其理想目标进行比较,得出它们的百分比误差。然后求这两个误差的均方根值(RMS),得到一个组合误差指标。

无论设计选用何种运放,ADI工具都允许下载仿真数据——这里是LTC6240。为继续比较不同方案的噪声和环路增益,将RC方案移植到TINA,同时使用LMP7711作为每个方案的噪声仿真的公共运放。由于ADI工具也用于一种稍微不同的滤波器形状(1.04dB峰值vs其它工具中的1.0dB),因此,为了比较,首先将其响应拟合结果隔离出来。

ADI目标响应形状:

有源滤波器设计工具比较

使用图1中的电路(以及显示的RC编号),这两种ADI解决方案将在ADI工具中使用LTC6240和在TINA中使用LMP7711进行仿真(图1是使用LMP7711的TINA设置)。实现有效拟合比较的关键要求是运放的真正单极点开环增益带宽积。使用TINA模型测试LMP7711 Aol(开环增益)响应显示出26MHz GBW的结果,而其报告值为17MHz GBW。在仿真之前,该模型被修改为17MHz(在宏中将C2从20pF增加到33.3pF),使获得的结果可与ADI工具所得LTC6240仿真数据相比较。为便于Aol测试,LTC6240并未出现在TINA库中,但我们假定其符合数据手册中的GBW = 18MHz。

有源滤波器设计工具比较

图1:在TINA中给出ADI未调整GBW的RC值并使用LMP7711的有源滤波器仿真。

与目标不匹配的第一级是标准电阻值选择。有5个RC值可以选择,但只有3个设计目标,通常先选出E24(5%步长)电容值,然后对3个设计目标得到E96(1%步长)精确电阻的最终结果。这些值可以放入理想(无限GBW)的公式中,以便先评估此步骤预期有多少误差。先选择标准电容值,3个电阻精确方案的标准值会高于和低于精确结果。虽然在当前这些工具中不太可能实现,但未来可对高于或低于精确值的8个标准值排列进行拟合接近度测试,然后从准确值“转到”错误最少的标准值。更常见的情况是,3个精确值电阻分别选用与其最接近的标准值。根据精确值最初与标准E96电阻值接近的程度,拟合误差有一定的随机性。

接下来可以将这些值应用于有限GBW运放模型,并在应用RC容差之前进行仿真,以得出最终标称拟合误差。表1总结了从使用LTC6240模型的ADI工具下载的数据以及从使用改进的GBW LMP7711模型的TINA下载的数据。请注意,使用这些标称标准RC值,没有哪个有限GBW运放仿真能达到1%以内的期望的100kHzf-3dB频率。

有源滤波器设计工具比较

表1 :ADI目标和方案的拟合误差结果一览。

理想的运放值假定有无限的GBW,其误差仅由所选标准电阻值引起。经GBW调整的RC值不能应用于理想公式,因为其目标似乎不对。使用实际运放模型显示标称结果,没有为GBW调整RC值,得到3.4%至4.2%的较大均方根误差。这是因为本设计选择了一款超低GBW器件。ADI GBW调整后的RC值大大改善了这种情况,使fo和Q的标称均方根误差仅为1.2%至1.8%。正如预期的那样,它们比选用E96标准电阻值的0.41%误差略有升高。图2对这些仿真结果与理想值进行了比较,在峰值附近做了放大。

1  2  3  4  5  下一页>  
声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: