濾波器之常用的濾波電路設計方法

濾波器的種類我想大家都明白，基本分為低通、高通、帶通、帶阻。在這4種之外，其實還有一種叫做全通，顧名思義就是通過全通濾波器，信號幅值沒有任何改變，只有相位被改變。同時濾波器又分為有源濾波器和無源濾波器，這里的有源和無源，我相信很多人都搞不明白。其實簡單來看，有源就是電路中涉及到有源器件，如運算放大器、三極管等。無源器件也就是電路中只有電感、電阻、電容這些。

下面，我們簡單介紹一下無源濾波器-低通濾波器。我們通過基爾霍夫電壓定理寫出方程式，用傳遞函數表征其工作狀態。通過簡單的計算得出低通濾波器的截止頻率。這樣一來，對于簡單的RC電路，就可以對一些高頻的信號進行濾波。從而抑制干擾，降低噪聲。同樣，對于高通、帶通濾波器。通過簡單的阻容拓撲即可搭建電路。這樣的電路簡單，但是問題在于無可控增益，濾波效果差。濾波誤差也較大。

對于濾波要求較高的場合，無源濾波器就不適用了。有源濾波器設計起來其實也很簡單，目前市場上有很多工具可以供大家選擇。有filtersolution，TI的filterPro。這些工具設計起來簡單方便，十分容易上手。建議大家下載下來自己摸索一下。5分鐘即可學會操作方法以及流程。當然具體的講解可以參考《ADC信號鏈第2部，高速模數混合電路設計》。

當然如上的濾波器設計方法比較傻瓜式，我們不能理解其含義，只能算是電路的搬運工了。如果要想通過計算、公式去設計電路，就需要對電路拓撲結構、電路響應曲線有很深的了解。比如濾波器的響應特性主要包含，貝塞爾、巴特沃茲、切比雪夫這三種，常用的電路拓撲包括：MFB（多路反饋），sallen-key濾波器。

我們通過基爾霍夫定律寫出其輸入與輸出的電壓關系，得到其傳遞函數。然后通過傳遞函數的分析方法，對分母計算其極點，從而得出其截止頻率，然后利用帶寬/中心頻率得出其品質因素Q。這樣我們通過計算的方式來衡量當前設計的濾波器是否滿足要求。這樣的設計方法則更有利于大家對濾波器的深入了解。

所以，在這里建議大家，在剛開始學習濾波器設計時，盡量使用公式計算的方式來設計。這樣不僅加深對濾波器設計每個參數得理解。同時對后面設計其他種類的濾波器也會做到knowhow。在遇到濾波器問題的時候，知道從哪里下手去解決這個問題。

最后，我們再回過頭來看上面的問題，其實要解決1KHZ和3KHZ的問題，有源濾波器就是必須的。大家不妨自己動手設計幾個濾波器，然后通過仿真軟件來實現上面的功能，同時這一個功能也曾經是某一屆全國大學生電子設計競賽的二輪賽題。可想而知，在比賽現場無法使用電腦的情況下，我們只能通過計算電路參數來完成作品。所以基礎的東西需要牢牢記住。

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