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FilterPro使用教程
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更新于2023-03-16
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有源滤波器设计软件提供一种新的、改进的用户接口界面,以 及更精确、更稳定的有源滤波器设计引擎。FilterPro 有源滤波器设计工具允许设 计者通过滤波器设计向导轻松地创建和修改滤波器设计另外,用户还可以调整 元件的误差来观察响应的变化,还可以查看和导出滤波器的性能数据至 Excel。 本教程首先介绍了有关滤波器设计的基本知识,然后介绍了 FilterPro 设计滤 波器的方法和步骤,最后通过两个实例分别介绍了基于 Sallen-Key和多反馈 (MFB)拓扑结构的巴特沃兹、切比雪夫、贝塞尔三种响应的五阶低通滤波器 的设计方法和结果。本教程还介绍了滤波器电路实现方法,以及基于 TI 的通用 有源滤波器 UAF42 设计滤波器的方法
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FilterPro 基本教程
内容简介
尽管滤波器在现代电子学领域的地位越来越重要,但其设计工作仍是冗长乏
味且耗时巨大的。FilterPro 程序用于辅助有源滤波器设计,可以帮助用户设计
Sallen-Key 和多反馈(MFB)拓扑结构的多种类型和多种响应的有源滤波器。滤
波器类型包括低通、高通、带通、带阻和全通滤波器,滤波器响应包括巴特沃兹、
切比雪夫、贝塞尔、高斯和线性相移等。
FilterPro v3.1 有源滤波器设计软件提供一种新的、改进的用户接口界面,以
及更精确、更稳定的有源滤波器设计引擎。FilterPro 有源滤波器设计工具允许设
计者通过滤波器设计向导轻松地创建和修改滤波器设计。另外,用户还可以调整
元件的误差来观察响应的变化,还可以查看和导出滤波器的性能数据至 Excel。
本教程首先介绍了有关滤波器设计的基本知识,然后介绍了 FilterPro 设计滤
波器的方法和步骤,最后通过两个实例分别介绍了基于 Sallen-Key 和多反馈
(MFB)拓扑结构的巴特沃兹、切比雪夫、贝塞尔三种响应的五阶低通滤波器
的设计方法和结果。本教程还介绍了滤波器电路实现方法,以及基于 TI 的通用
有源滤波器 UAF42 设计滤波器的方法。

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目录
1 滤波器基本知识................................................................................................ 4
1.1 滤波器种类............................................................................................. 4
1.1.1 低通滤波器.................................................................................. 4
1.1.2 高通滤波器.................................................................................. 4
1.1.3 带通滤波器.................................................................................. 5
1.1.4 带阻滤波器.................................................................................. 6
1.1.5 全通滤波器.................................................................................. 6
1.2 滤波器的频率响应................................................................................. 7
1.2.1 频率响应基本知识...................................................................... 7
1.2.2 巴特沃兹滤波器(最大幅度平坦度)...................................... 9
1.2.3 切比雪夫滤波器(等纹波幅度).............................................. 9
1.2.4 贝赛尔滤波器(最大延迟时间平坦度)................................ 10
1.2.5 高斯滤波器(最小群延迟).................................................... 10
1.2.6 线性相位(等纹波延迟)........................................................ 10
1.3 滤波器的电路实现............................................................................... 11
1.3.1 复共轭极点对电路.................................................................... 12
1.3.2 多反馈拓扑电路........................................................................ 13
1.3.3 Sallen-Key 拓扑电路.................................................................. 13
2 FilterProDesktop v3.1 的使用 .......................................................................... 14
2.1 安装 FilterProDesktop v3.1 .................................................................. 14
2.2 创建滤波器设计................................................................................... 14
2.2.1 第一步:选择滤波器类型........................................................ 15
2.2.2 第二步:确定滤波器参数........................................................ 15
2.2.3 第三步:选择滤波器响应........................................................ 17
2.2.4 第四步:选择滤波器拓扑........................................................ 19
2.2.5 第五步:交互设计.................................................................... 19
2.3 FilterPro Desktop 的其它设计工具 ...................................................... 25
2.3.1 打印设计.................................................................................... 25

3
2.3.2 管理设计.................................................................................... 26
2.3.3 从 FilterPro v2.0 移植设计 ....................................................... 29
2.4 FilterPro 的使用注意事项 .................................................................... 31
2.4.1 在 windows7 中的自动更新 ..................................................... 31
2.4.2 设计向导中导航按键的外观.................................................... 32
3 滤波器设计示例.............................................................................................. 34
3.1 五阶滤波器的设计步骤....................................................................... 34
3.2 Sallen-Key 滤波器响应示例................................................................. 37
3.2.1 五阶 20KHz Sallen-Key 结构巴特沃兹滤波器电路及响应 . 37
3.2.2 五阶 20KHz Sallen-Key 结构 3dB 切比雪夫滤波器电路及响
应.................................................................................................................. 37
3.2.3 五阶 20KHz Sallen-Key 结构贝塞尔滤波器电路及响应 ..... 38
3.3 MFB 滤波器响应示例 .......................................................................... 38
3.3.1 五阶 20KHz MFB 结构巴特沃兹滤波器电路及响应........... 38
3.3.2 五阶 20KHz MFB 结构 3dB 切比雪夫滤波器电路及响应 .. 39
3.3.3 五阶 20KHz MFB 结构贝塞尔滤波器电路及响应............... 39
3.3.4 五阶 20KHz MFB 结构滤波器电路实现及实际响应........... 40
4 滤波器的实现.................................................................................................. 42
4.1. 电容选择.............................................................................................. 42
4.2. 运放选择.............................................................................................. 42
4.2.1 运放增益带宽积(GBP) ........................................................ 42
4.2.2 运放压摆率................................................................................ 43
4.2.3 全功率带宽................................................................................ 43
4.2.4 电流反馈放大器........................................................................ 43
4.2.5 全差分运放................................................................................ 43
5 滤波器的其它设计方法.................................................................................. 44
6 总结.................................................................................................................. 44

4
1 滤波器基本知识
1.1 滤波器种类
滤波器具有频率选择的特点,其功能是让特定频率范围内的信号通过,而阻
止其它频率范围内的信号通过。滤波器主要应用在需要电路产生特定的幅频特性
的场合中,也可应用在需要特定的相移或时延的场合中。根据滤波器的工作频带,
将其分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器。
1.1.1 低通滤波器
低通滤波器让频率低于截止频率的信号通过,而阻止频率高于截止频率的信
号通过。低通滤波器是应用最广的滤波器类型。截止频率为 1kHz 的低通滤波器
的幅频特性如图 1 所示,信号能通过滤波器的频率区域称为通带,f
c
定义为滤波
器带宽,低于 f
c
的区域为通带,高于 f
c
的区域称为阻带。
图 1 低通滤波器幅频特性
通常,在通带内,低通滤波器对信号的增益(或称为放大倍数)不会衰减,
一旦达到了截止频率,滤波器便开始降低频率高于 f
c
的信号的增益,使输出信号
幅值逐渐减小,直至减小到滤波器中非理想电子元件所限制的最小幅值。这些非
理想的限制情况包括电路中的杂散电容和引线电感,非理想的运放限制,以及与
走线相关的寄生电容效应等。通常,在阻带内希望信号衰减得越快越好,阻带内
信号衰减的程度可以用幅频特性的陡峭程度即所谓的滚降来描述。
1.1.2 高通滤波器
高通滤波器让频率高于截止频率的信号通过,而阻止频率低于截止频率的信

5
号通过。截止频率为 1kHz 的高通滤波器的幅频特性如图 2 所示,f
c
定义为滤波
器带宽,频率高于 f
c
的的区域为通带,低于 f
c
的区域为阻带。
图 2 高通滤波器幅频特性
1.1.3 带通滤波器
带通滤波器允许频率在两个截止频率之间的信号通过,幅频特性如图 3 所
示。两个截止频率分别为一个高的截止频率 f
H
和一个低的截止频率 f
L
,f
H
-f
L
定
义了带通滤波器通带的带宽。f
L
到 f
H
之间的频段为通带,低于 f
L
和高于 f
H
的频
段为两个阻带。在通带内有一个中心频率 f
0
,如图 3 中的 1kHz 即为 f
0
。在阻带
内,信号频率越远离通带,信号被衰减的程度越来越大。
图 3 带通滤波器幅频特性
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