有源滤波器电路中输出阻抗的影响

在先前的文章“用于放大器电容性负载驱动的参数评估和稳定性改进方法”中,当驱动电容性负载时,输出阻抗被视为用于评估电路稳定性的纯电阻。

在某些情况下,输出阻抗不能视为纯电阻。

例如,本文将讨论有源滤波器电路中输出阻抗的影响,具体分为三个部分:1.通过电路系统噪声分析讨论使用滤波器电路的必要性; 2.出于对知识的考虑而引入滤波功能Sallen-关键,着重于最后输出阻抗的影响。

3.引入一个简单的滤波器设计工具,并将其与LTspice结合以进行仿真。

1.系统噪声和滤波分析。

例如,“让我们的LTspice |计算放大器电路噪声的RMS值的混淆帐户。

介绍了使用噪声密度与噪声带宽的平方根的乘积来计算噪声的RMS值,这也适用于系统噪声分析。

如图4.18(a)所示,在SAR ADC采集系统中,一个10nV /√Hz噪声源的模拟带宽为10MHz,产生的噪声RMS值为:其中,1.57是一阶系数系统噪声带宽和信号带宽。

无论SAR ADC输出速率是1MSPS还是10KSPS,它都不会影响系统噪声。

如图4.18(b)所示,当电路添加一个增益为10倍且带宽为5MHz的放大器时,系统噪声RMS值变为:图4.18不带滤波器的采集电路如图4.19(a)所示,当使用1MHz带宽时,当RC电路驱动SAR ADC时,系统噪声的RMS值为:此处是为了纠正一些工程师的误解。

尽管SAR ADC的RC电路驱动一阶低通滤波器,但其主要功能是驱动SAR ADC。

不滤除噪音! ! !如图4.19(b)所示,使用带宽为10KHz的二阶低通滤波器后,系统噪声RMS值为:其中,1.22为二阶系统噪声带宽和信号带宽的系数。

图4.19使用模拟滤波器的采集电路可以看出,在SAR ADC采集电路中,使用滤波器可以有效地抑制电路噪声。

2 Sallen-key滤波器的理论分析Sallen-key滤波器是由R.P.Sallen和E.L.Key在1955年提出的由放大器,电阻器和电容器组成的滤波器。

如图4.21(a)所示,Z表示电阻或电容。

与其他结构滤波器相比,该结构滤波器对放大器的增益带宽乘积的要求较低,这便于设计高频滤波器。

其次,最大电阻与最小电阻的比率以及最大电容与最小电容的比率低,这易于实现,因此被广泛使用。

使用Kirchhoff的Vf点当前定律,可得出公式4-7。

而且,由于V +形成Vf的分压,因此可以通过公式4-8来获得。

将公式4-8代入公式4-7,可以得到公式4-9。

根据短性原则,有公式4-10。

其中,K是直流增益。

将公式4-10代入公式4-9,得到公式4-11。

组织以获得公式4-12。

通过引入不同的阻抗,可以实现低通滤波器,高通滤波器,带通滤波器和带阻滤波器。

以低通滤波器为例,电路如图4.21(b)所示,传递函数为公式4-13。

将公式4-10代入公式4-13,然后整理出公式4-14。

其中,s为jω,令分母为零,以获得理论截止频率,如公式4-15所示。

Q值为:通常选择截止频率后,通过将R1设为m乘以R2,将C1设为n乘以C2来实现滤波器设计。

图4.21萨伦键过滤器。

上述Sallen-key滤波器计算出的理论电阻值仅供参考。

主要原因是实际放大器具有开环输出阻抗。

如图4.21(b)所示,信号流向是:Vin→R1-> C2-> Zo->地电位,并且当频率增加时,C2被认为是短路。

示意图为4.22。

由于开环输出阻抗Zo将随着频率的升高而增加,因此滤波器在高频范围内的抑制能力会较弱。

因此,对于设计过滤器的非专业工程师,建议使用过滤器设计软件。

图4.22与实际放大器等效的萨伦键滤波器输出。

图3有源低通滤波器设计工具ADI官方网站在精密信号链设计工具窗口中,选择“ AnalogFilter”,然后输入“ LPF”。

低通滤波器窗口。

作为笑