CN103810321B - 滤波器设计工具 - Google Patents

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Abstract

提供一种根据滤波器设计工具的实施方案的方法，且其包括通过用户界面接收模拟滤波器的滤波器参数，其中所述滤波器参数包括涉及所述模拟滤波器的应用需求的优化参数；对于所述优化参数优化所述滤波器；基于所述被优化的滤波器计算设计输出；和将所述设计输出显示在所述用户界面上。所述方法还可以包括接收指定将被显示的所述设计输出的查看参数。在各种实施方案中，所述用户界面包括在一页或多页中的输入区域、查看区域和窗口区域，其中在至少一页中所述输入区域与所述查看区域相邻。所述滤波器参数可被输入于所述输入区域中，且计算所述设计输出并实质上立即显示于所述相邻的查看区域中。

Description

滤波器设计工具
技术领域
本公开大致涉及电路设计领域，且更特定地涉及滤波器设计工具。
背景技术
电路设计的过程可覆盖多个系统，其范围从复杂电子系统到集成电路内的个别晶体管。正式的电路设计通常包括产生基于客户应用的规格，对于所述规格合成示意电路图，计算组件值以在特定条件下满足规格，执行模拟以验证设计，建立原型和针对规格进行测试，和可促进适当制造电路的其它步骤。电路可通常由一个或多个电路设计者遵循系统性的途径，伴随智能引导的计算机模拟来设计。这种计算机模拟工具可促进电路(简单和复杂两种，包括模拟滤波器和数字滤波器)的有效和精确设计。
附图说明
为了提供对本公开及其特征和优点的更完全理解，结合附图对以下描述进行参考，其中相同参考数字表示相同部件，其中：
图1是图示滤波器设计工具的实例实施方案的简化方框图；
图2是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的实例屏幕快照的简化图；
图3是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的另一实例屏幕快照的简化图；
图4A、图4B和图4C是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例屏幕快照的简化图；
图5是图示根据一个实施方案的滤波器设计工具的实例细节的简化图；
图6是图示根据一个实施方案的滤波器设计工具的更多实例细节的简化图；
图7是图示根据一个实施方案的滤波器设计工具的更多实例细节的简化图；
图8是图示根据实施方案的滤波器设计工具的更多实例细节的简化图；
图9是图示根据实施方案的滤波器设计工具的更多实例细节的简化图；
图10是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图11A和图11B是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例屏幕快照的简化图；
图12A、图12B和图12C是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例屏幕快照的简化图；
图13是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图14是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图15是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图16A和图16B是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例屏幕快照的简化图；
图17是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图18是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图19是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图20是图示与滤波器设计工具的实施方案相关的又另一实例屏幕快照的简化图；
图21是图示滤波器设计工具的实施方案的实例细节的简化方框图；
图22是图示滤波器设计工具的实施方案的实例细节的简化方框图；
图23是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的实例操作的简化流程图；
图24是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的其它实例操作的简化流程图；
图25是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图26是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图27A、图27B和图27C是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化流程图；
图28是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图29是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图30是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图31是图示滤波器设计工具的实施方案的实例细节的简化图；
图32是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图33是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化伪码；
图34是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化流程图；和
图35是图示可与滤波器设计工具的实施方案相关的又一其它实例操作的简化流程图。
具体实施方式
概述
提供一种根据滤波器设计工具的实施方案的方法，且其包括通过用户界面接收模拟滤波器的滤波器参数，其中滤波器参数包括涉及模拟滤波器的应用需求的优化参数；对于优化参数优化滤波器；基于优化的滤波器计算设计输出；和将设计输出显示于用户界面上。方法还可以包括通过用户界面接收查看参数，其中查看参数指定将要显示的设计输出。在各种实施方案中，用户界面包括在多页中的输入区域、查看区域和窗口区域，其中在至少一页中输入区域与查看区域相邻。滤波器参数可被输入于输入区域中，且计算设计输出且实质上立即显示于相邻的查看区域中。
滤波器参数可包括滤波器类型、滤波器响应类型和对应的多个性能约束，滤波器中的运算放大器(op amp)的电源电压，和组件公差。在特定实施方案中，可通过具有对应于三个不同滤波器响应类型的至少三个可选择点的滑块控制而指定滤波器响应类型。查看参数可包括滤波器的频率响应的幅值、频率响应的相位、滤波器的阶跃响应，和其它参数。
在特定实施方案中，用户界面被配置来可根据滤波器设计过程跨一页或多页导航，包括选择滤波器类型，选择性能约束和滤波器响应类型，指定优化参数和指定组件公差。当指示滤波器设计过程中的某一步骤的一页显示为用户界面中的激活页面时，指示滤波器设计过程中的先前步骤的页面之一可被选择以呈现为激活页面，但是指示滤波器设计过程中的后续步骤的页面在完成当前激活页面中的步骤之前无法被选择以呈现为激活页面。方法包括各种实施方案中的其它特征。
实例实施方案
转到图1，图1是图示滤波器设计工具10的简化方框图。滤波器设计工具10包括用户界面12，其具有输入区域14、查看区域16和窗口区域17。输入区域14可包括允许用户输入(或操纵)与滤波器相关的条目的用户界面12的任何部分；查看区域16可包括显示设计输出的用户界面12的任何部分；且窗口区域17可包括不是输入区域14或查看区域16的用户界面12的任何部分，且基于用户与用户界面12的交互而打开(例如，弹出或另外呈现为激活)。
在各种实施方案中，输入区域14和查看区域16可对查看用户界面12的用户同时可见，且窗口区域17可有时显现，且重叠输入区域14和/或查看区域16。用户可指定可能涉及用户的应用的各种滤波器参数18。例如，滤波器参数18可指定滤波器被设计为具有低噪声，或低功率消耗，或较大电压范围等等。
滤波器参数18可被馈送到滤波器设计模块20。优化模块22可对于根据滤波器参数18的某些优化参数而优化滤波器。如本文中所使用，术语“优化”包括设计(例如，创建、配置、产生、安排、组织、建立、选择、构建，等等)滤波器电路的任何过程、动作、操作、方法。这种滤波器电路对比于多个其它可行的配置可对于特定优化参数提供更有效的滤波器性能。
例如，对于噪声而优化滤波器包括产生适当的滤波器配置，其具有以适当方式连接在一起的适当电阻器、电容器和运算放大器，使得滤波器在多个可能配置之间具有最低噪声。在另一实例中，对于功率而优化滤波器包括产生在多个其它配置之间具有最低功率消耗的适当滤波器配置。在又另一实例中，对于电压范围而优化滤波器包括产生在多个其它可行配置之间具有最大电压范围的适当滤波器配置。如本文中使用的术语优化不一定指示制造(或设计、创建，等等)完全完美、功能齐全、最优的示例性或最有效的滤波器。
在数学术语中，优化可指定为最小化目标函数f(x)，其中x指示一组优化参数(其可能或可能不具有上限和下限，如xL≤x≤xU)，其受制于某些线性和/或非线性约束。在各种实施方案中，滤波器设计工具10中的优化参数包括涉及模拟滤波器的应用需求的参数，其还可以涉及电路拓扑和模拟滤波器的性能，包括如噪声、功率、电压范围、特定组件选择、价格、大小、直流(DC)精确度、组件数和温度范围的参数。
如本文中使用的“应用需求”指模拟滤波器的任何性能规格、偏好、名称、配置设定或特性。这可适用于使用模拟滤波器的特定应用。例如，可能期望数字订户线应用中使用的模拟滤波器具有低噪声；某些音频应用中使用的模拟滤波器应以低功率操作；一些音乐合成器中使用的模拟滤波器应具有较大电压范围；太空中或军事应用中使用的模拟滤波器应在较大温度范围上具有可靠的操作；等等。在实施方案的广泛范畴内可选择与模拟滤波器的应用需求相关的任何适当的优化参数。
优化参数的设定可指定参数空间。约束可将参数空间分成可行区和不可行区。参数空间内的设计点只要其满足所有约束就可为可行的；对应地，参数空间内的设计点在如果其违反一个或多个约束时可为不可行的。注意，最小化f(x)可涉及全局优化(例如，在整个参数空间上寻找可给出最低可行目标函数的设计点)或局部优化(例如，相对于参数空间的“邻近”区寻找可给出最低可行目标函数的设计点)。
滤波器设计工具10的实施方案可使用任何方法以解决优化问题并确定f(x)。一般而言，方法可以某种方式对x(或与参数空间相关的变量)进行迭代。例如，可对于x(或与参数空间相关的变量)中的每个参数选择初始值，可计算由目标函数f(x)和约束所指定的响应量，且可应用适当算法以产生可减小目标函数f(x)、减小不可行性的量或两者的新x(或与参数空间相关的变量)。在各种实施方案中，优化模块22可使用Nelder Mead算法来解决优化问题。
补偿模块24可补偿所设计的滤波器中的运算放大器(op-amp)的不理想度。组件选择模块26可促进选择组件并对于用户的应用适当地模拟其行为。组件可包括运算放大器、电阻器、电容器和电感器(在适用之处)。选择组件和模拟其行为可包括从组件列表选择特定组件；验证所计算的组件值(例如，电阻、电容和运算放大器的参数)是否有效；和另外使优化模块22能够执行其预期操作。公差模块28可计算由于组件公差的行为变动。在各种实施方案中，优化模块22、补偿模块24、组件选择模块26和公差模块28可同时、串行或并行执行计算，为彼此提供输入，适当地处理输入，为彼此提供输出，和另外共同协作以促进滤波器设计和优化过程。
查看参数29可由用户通过用户界面12的输入区域14而指定。查看参数29可促进在查看区域16上呈现涉及所设计的滤波器的适当设计输出。如本文中所使用，术语“设计输出”包括响应于输入、更改、选择或另外操纵滤波器设计工具10中的滤波器参数18和/或查看参数29而确定(例如，计算、分析、揭露、验证、建立、推论、解决，等等)的滤波器的任何行为或配置。设计输出的实例包括电路图，其示出滤波器设计的示意图，其中运算放大器、电阻器和电容器连接在一起以形成功能性的模拟滤波器，对这些滤波器响应(例如，幅值响应和相位响应)和滤波器电路性能(例如，噪声特性)绘图，和适当提供滤波器级和其它级信息的表示的方框图。例如，设计输出可指示所设计的模拟滤波器，并从解决优化问题而获得其行为。
电路模块30可(例如)在查看参数29被选择为“电路”时在查看区域16上呈现电路图32。电路图32可包括在滤波器设计模块20中计算的组件配置和值。由滤波器设计模块20计算的滤波器行为可由图形模块34显示，其可在用户界面12的查看区域16上呈现图形36。用户可通过指定适当的查看参数29选择特定滤波器行为以查看为图形36。图模块38可基于组件和由滤波器设计模块20计算的对应值而呈现方框图40。方框图40可由用户选择以使用适当的查看参数29查看。
错误模块42可在(例如)如果不适当应用任何滤波器参数18时产生可显示于窗口区域17上的错误44。警告模块46可在窗口区域17上产生警告48，例如用于指示警告，或可引起用户注意的其它事项。帮助模块50可通过适当文本52帮助用户，所述文本可例如基于所产生的文本内容而显示于窗口区域17或查看区域16中。
根据各种实施方案，运算放大器54可包括各种运算放大器(例如，现成市售的运算放大器)，和对应的运算放大器电路参数。组件选择模块26可在滤波器设计过程期间从运算放大器数据库54选择适当运算放大器。处理器56和存储器元件58可促进滤波器设计工具10执行本文中描述的各种操作。滤波器设计工具10可提供至少一个滤波器设计文件60，评估板参数62，和滤波器设计共享64，作为一个或多个输出。可包括其它输出和其形式而不脱离实施方案的广泛范畴。
出于图示滤波器设计工具10的技术的目的，重要的是应理解给定系统的操作，如图1中所示的架构。下文的基础信息可看作可从其适当解释本公开的基础。这些信息仅出于解释的目的而切实提供，且因而不应以任何方式解译为限制本公开和其潜在应用的广泛范畴。
在一般意义上，滤波器设计是设计满足一组需求的滤波器的过程。设计过程的某些部分可以是自动的，但通常基于某些滤波器设计工具，需要具备滤波器的专业知识的有经验的电气工程师以产生良好的滤波器设计。滤波器设计过程中考虑的典型需求包括频率响应、相移或群延迟，和滤波器的脉冲响应；稳定性；低复杂性；和可制造性。各种软件滤波器设计工具可用于在滤波器设计过程中帮助滤波器设计者。
典型的模拟滤波器设计工具并入两个步骤。在步骤1中，按照衰减和/或相位响应而确定滤波器的行为。在步骤2中，定义滤波器的拓扑，包括特定电路组件和其互连。一般而言，任何传递函数可用于在步骤1满足特定滤波器的衰减和/或相位需求。例如，巴特沃斯(Butterworth)滤波器(其在通带或阻带中不具有波纹)可被选择为滤波器设计的适当候选。巴特沃斯滤波器以从通带到阻带的相对宽的过渡区为代价而实现其平整度，具有平均的瞬态特性。在另一实例中，切比雪夫(Chebyshev)滤波器以其通带中具有波纹为代价而具有比同阶的巴特沃斯滤波器更小的过渡区。切比雪夫滤波器以瞬态行为为代价而改进巴特沃斯滤波器的振幅响应。在又另一实例中，贝塞尔(Bessel)滤波器可由于通带中的线性相位(恒定延迟)而获得比巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器更好的瞬态响应，然而，导致相对较差的频率响应(例如，振幅辨识度减小)。
转到滤波器设计过程的步骤2，滤波器拓扑通常按照其固有频率(fn)、品质因数(Q)和增益而确定滤波器的行为。实例滤波器拓扑是Sallen-Key拓扑，其中滤波器对于组成的运算放大器的性能极其不敏感。另一实例拓扑(也就是多重反馈滤波器)将运算放大器使用为积分器，且使用于低Q(＜20)的应用中。又另一实例滤波器拓扑包括状态可变的滤波器，其以更多电路组件为代价而提供更精确的实施。状态可变的滤波器中，可独立调整增益、Q和fn。状态可变的滤波器中可最小化由于温度和组件公差所致的滤波器行为上的变化。另一实例滤波器拓扑包括二阶滤波器。用滤波器设计工具还可以实现各种其它滤波器拓扑。
转到并入以上滤波器设计步骤的滤波器设计工具，为了设计模拟滤波器，用户应输入足够信息以确定：(1)性能约束(例如，在哪里设定通带和阻带频率，阻带和通带频率下的衰减，等等)和(2)滤波器响应类型(例如，巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔，等等)。一些滤波器设计工具迫使用户输入性能约束而没有示出这些约束如何影响滤波器的响应。仅当用户进到滤波器响应步骤时工具通常才示出预期性能。这种滤波器设计工具可能不会在相同窗口或页面上连续(例如，并排或一起)显示滤波器响应。
如本文中所使用，术语“窗口”可包括计算机监视器或其它屏幕上可展现看起来独立于屏幕剩余部分的内容的显示部分。窗口可包括框架、垂直和水平滚动条、拖动条(例如，通常沿着顶部以拖动整个窗口和沿着其它边缘和下角以更改窗口大小)、按钮(例如，用于关闭、最大化和最小化)和标签(例如，用于在窗口中的页面之间移动)。图形用户界面(GUI)可被配置来打开多个窗口，且选择窗口可将所选窗口移动到前面(例如，变为激活窗口)，以便显示其可见内容，将其它窗口推向后面(例如，变为未激活窗口)。
通常，计算机(或其它计算设备)上的每个应用都可在其自身的窗口中打开，且在每个窗口内提供可导航的页面。如本文中所使用，术语“页面”包括无法从根源窗口移出的另一窗口内的任何窗口。许多滤波器设计工具提供基于标签的导航以在窗口内从页面到页面移动。在其它配置中，滤波器设计工具可在网页浏览器内打开，且通过超链接从页面到页面导航。可以有许多其它配置选择。然而，市场上可用的典型模拟滤波器设计工具不在与滤波器参数输入页面相同的页面上提供查看滤波器响应、电路图、电路性能、电路特性等等的选项：用户将需要从输入页面导航到响应页面，在页面之间点击(或另外选择)，试图看更改组件值、电路拓扑和关于滤波器行为的其它组件选择的影响。
此外，在一般意义上，大多数滤波器设计工具通常允许用户通过改变组件值而调节滤波器设计，但期望用户是滤波器专家。例如，这种滤波器设计工具可允许用户更改设计中电容器的比率；或其可为用户展现滤波器电路的材料清单。通常，电路中的组件并非基于用户特定的应用需求而选择。(与特定组件值对照，应用需求一般按照低噪声、低功率消耗、较大电压范围，等等而指定。)换句话说，这种工具可能无法将典型的应用性能需求(例如，噪声、功率、电压范围)转换成特定电路规格，如组件推荐和电路拓扑。
例如，微芯片2.0允许用户修改电路拓扑和组件值。用户可选择电阻器、电容器和拓扑。然而，用户无法同时看到关于滤波器性能的选择的影响，因为选择页面与工具的图形用户界面(GUI)窗口上的结果查看页面是分开的。在另一实例中，模拟设备有源滤波器设计工具允许用户从下拉菜单选择特定拓扑，以及指定组件公差。滤波器响应可在组件公差或滤波器拓扑选择不可用的窗口的另一页面中查看。为了改变滤波器响应，用户将需要回到选择页面并操纵值，接着导航到响应页面，并查看更改的滤波器响应。
在又另一实例中，德州仪器的FilterPro滤波器设计工具提供允许用户直接在电路示意图中更改组件值的页面，并在相同页面上查看滤波器响应(例如，增益和相位响应)。然而，所述工具假设用户具备专业知识，且不提供任何选项来确定组件值对滤波器的噪声或功率或电压范围的影响，或反之亦然。此外，如果用户寻求对于噪声、功率等等的优化，那么用户可能需要逐个手动更改组件值，并且每次都检查滤波器响应。或者，用户可能需要在其它应用(例如，)中运行优化算法，在滤波器设计工具中插入计算的值，并查看响应。
FilterPro在滤波器选择页面中提供示意的信息响应曲线，但是不提供随着输入选择页面中的实际滤波器参数而更改的实时交互响应。FilterPro也不示出由于组件与实际运算放大器交互，更改组件值可能如何影响实际滤波器响应形状。FilterPro假设是理想的运算放大器，所以其滤波器响应曲线是理想的(或假设是完美的最佳情况场景)。多个滤波器类型的滤波器响应可在滤波器响应页面上查看，且从相同页面中的选择框选择特定类型的滤波器(例如，切比雪夫1dB滤波器)可突出所选滤波器的特定响应曲线。在提供特征时，工具假设用户具备滤波器的专业知识，例如，用户知道切比雪夫滤波器与贝塞尔滤波器(或菜单中提供的其它选项中的任何一个)之间的性能差异。
一些电路设计工具，如用于设计电源系统的电源设计器提供用户界面，其中可在单个页面上查看电路响应、示意图和其它信息。例如，WEBENCH电源设计器包括“图表”面板，其示出关键操作值(例如，效率、占空比、电流、功率耗散和相位裕度)随着其随输入电压和负载电流而改变的图形。WEBENCH电源设计器提供“优化”面板，其允许电源系统设计通过转动旋钮而对于较小占据面积、较高效率和低成本进行优化；页面示出不同优化设定的关键参数的图形，使得可同时查看不同旋钮设定的占据面积、效率和成本。然而，WEBENCH电源设计器无法用于设计滤波器，包括模拟滤波器。此外，WEBENCH电源设计器的优化方面无法直接移植于模拟滤波器设计工具，因为模拟滤波器的优化参数和方法与电源系统的那些非常不同，且不像电源系统那样简单(或甚至没有像其那么被人熟知)。
滤波器设计工具10被配置来提供更具交互性和智能的滤波器设计经验而解决这些问题(和其它问题)。滤波器设计工具10的实施方案可允许用户指定更高级的应用参数，其可由滤波器设计工具10的实施方案转译成滤波器的更低级的调节，从而使用户不需要滤波器专业知识来操作滤波器设计工具10。滤波器设计工具10的各种实施方案可允许至少三个优化参数：(1)噪声、(2)功率、和(3)电压范围。在实施方案的广泛范畴内可使用任何适当的优化参数。
根据各种实施方案，滤波器设计工具10可通过用户界面12接收模拟滤波器的滤波器参数18和查看参数29，根据滤波器参数18中包括的优化参数而优化模拟滤波器，并根据所选的查看参数29而在用户界面12上显示设计输出。根据各种实施方案，滤波器设计工具10可确定起始(例如，初始)电阻器值，计算将使用于滤波器中的运算放大器所允许的增益带宽(GBW)范围(例如，可实现显著增益的频率范围宽度)，从运算放大器数据库54选择适当的运算放大器，电阻器和电容器，且确定级阶数以产生滤波器设计。
在实例实施方案中，滤波器设计工具10可允许用户按照衰减和/或相位响应，通过选择滤波器类型(例如，低通、带通，等等)和选择滤波器响应类型(例如，巴特沃斯、切比雪夫，等等)和相应的多个性能约束(例如，增益、通带频率，等等)而确定滤波器响应。在各种实施方案中，滑块可促进在输入区域14中选择滤波器响应类型，同时实质上立即在相邻的查看区域16中查看滤波器响应。
根据各种实施方案，滤波器设计工具10可通过手动选择组件而促进选择模拟滤波器的组件，或从输入区域14中的可用优化参数列表选择优化参数。基于所选的查看参数29，设计输出可实质上同时显示于相邻的查看区域16中。滤波器设计工具10的一些实施方案可允许用户调整组件值(例如，电阻器和电容器值)以补偿运算放大器的不理想度。在一些实施方案中，电路模拟可实质上与(例如，工具代码中原生的)选择同时执行以计算设计输出并将其显示于查看区域16上。
适当的组件对象66可存储与滤波器中的组件相关的变量名称和值。例如，电阻器组件值可由变量名称R1、R2、R3、R4、R5和R6指定，其中每个电阻器变量定义取决于特定滤波器示意图。电容器可由变量名称C1、C2和C3指定，其中每个电容器变量定义取决于特定滤波器示意图。运算放大器可由以下变量指定：名称(例如，运算放大器的名称)；GBW(运算放大器的增益带宽乘积)；转换速率(例如，转换速率)；Rout(例如，运算放大器的输出电阻)；Iq(例如，静态电源电流)；Inoise(例如，电流噪声频谱密度)；Vnoise(例如，电压噪声频谱密度)；Out_HR+(例如，从正电源所需的输出电压净空高度)；Out_HR-(例如，从负电源所需的输出电压净空高度)；In_HR+(例如，从正电源所需的输出电压净空高度)；和In_HR-(例如，从负电源所需的输入电压净空高度)。存储在组件对象66中的其它变量包括类型(例如，低通、高通、带通、带阻、增益)；和实施(例如，Sallen-Key、Delyiannis Friend、第一阶、多重反馈、增益，等等)。
每个实施可指示如下变量：一阶(低通或高通)可指示滤波器电路拓扑具有一个运算放大器、R1、C1、R3、R4；Sallen-Key(低通或高通)可指示滤波器电路拓扑具有一个运算放大器、R1、R2、C1、C2、R3、R4；多重反馈低通可指示滤波器拓扑不具有运算放大器、R1、R2、R3、C1、C2；多重反馈高通可指示滤波器拓扑不具有运算放大器、R1、R2、C1、C2、C3；DelyiannisFriend带通可指示滤波器拓扑具有一个运算放大器、R1、R2、C1、C2、R3、R4、R5；DelyiannisFriend带阻可指示拓扑具有一个运算放大器、R1、R2、C1、C2、R3、R4、R5、R6；等等。
取决于所使用的滤波器的类型和实施，其它变量可存储在组件对象66中。滤波器设计工具10的实例实施方案可容纳多达10个电阻器、10个电容器、4个运算放大器和4个电感器。组件对象66可被配置来接受任何数量的组件变量名称和值。在实施方案的广泛范畴内，其它变量名称、类型和细节也可以包括在组件对象66中。
在各种实施方案中，用户可对滤波器参数18作出更改，且同时在相同页面上看更改的影响，而不是需要导航到另一页面或窗口。根据各种实施方案，输入区域14可为用户展现更改滤波器参数18的一个或多个选项。如本文中所使用，“滤波器参数”包括滤波器的类型(例如，低通、高通，等等)、增益、中央频率(例如，对于带通滤波器和带阻滤波器)、通带频率、通带衰减、通带波纹、阻带频率、阻带衰减、滤波器响应类型(例如，巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔，等等)、优化参数(例如，低噪声、电压范围、低功率)、组件公差、考虑补偿GBW而计算滤波器响应的选择、运算放大器电源电压、组件大小、组件产品名称、滤波器架构(例如，拓扑)和可影响滤波器设计和相关滤波器行为的任何其它参数。
在各种实施方案中，可能不涉及与用户选择相关的滤波器响应的滤波器参数18可能不可见、停用(例如，灰掉)和另外对用户呈现为不可访问。例如，对于巴特沃斯和贝塞尔滤波器响应类型可停用通带波纹。在另一实例中，对于大多数响应可停用阻带波纹，且对于逆切比雪夫和椭圆滤波器响应类型启用。
在实例实施方案中，滤波器响应类型选择(例如，切比雪夫、巴特沃斯、贝塞尔，等等)可以对用户有意义的两个规格之间的连续体而展现。例如，用户可用滑块指定滤波器响应类型，其中用户可容易地看到权衡，而非从滤波器响应类型(如切比雪夫或贝塞尔)的列表挑选。滑块控制可提供从“最少级”到“最快设定”。实例实施方案可当滑块设定在“最少级”上时使用切比雪夫拓扑，且当滑块设定到“最快设定”时使用贝塞尔拓扑。沿着滑块的中间点可指示巴特沃斯拓扑。
在实施方案的广泛范畴内，任何适当的滤波器响应类型标注都可使用于滑块控制中。滤波器响应类型标注的实例包括“线性相位”、“最少组件”、“最少运算放大器”、“最低Q”、“稳定组件公差”、“最低波纹”、“最小振铃”、“恒定群延迟”、“最急剧衰减”，等等。在其它实施方案中，可对用户展现多于两个尺寸。例如，可代替一维滑块展现具有三个不同的有意义参数的“权衡三角形”。此外，除了贝塞尔滤波器、巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器之外或替代贝塞尔滤波器、巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器，在实施方案的广泛范畴内可使用任何数量的滤波器响应类型。例如，可使用等波纹、高斯(Gaussian)、勒让德(Legendre)、椭圆、逆切比雪夫、哈尔彭(Halpem)滤波器或任何其它类型的滤波器。
滤波器设计模块20可接收滤波器参数18并相应地设计滤波器。滤波器参数18和查看参数29可使用于在与所设计的滤波器相关的查看区域16上呈现适当的设计输出。如本文中所使用，“查看参数”可包括相位(例如，以度数和弧度)、阶跃响应、级特性(例如，级数、截止频率和品质因数)、电路示意图、噪声、幅值(例如，作为电压的比率，或以分贝(dB))、功率、电压范围、群延迟、相位延迟、极点和零点、脉冲响应和可以适当格式直观呈现的任何其它滤波器参数。例如，用户指定的频率限制可叠加在图形36上以帮助用户理解限制如何影响滤波器性能。强加在图形上的实例参数(包括滤波器参数18和查看参数29)包括增益、通带频率、通带衰减、通带波纹、阻带频率、阻带波纹、阻带波纹、在其它频率下的幅值限制、相位上的最小或最大限制、相位延迟上的最小或最大限制、群延迟上的最小或最大限制、阶跃响应时间上的最小或最大限制，等等。
在一些实施方案中，用户界面12可展现多个页面。页面可被配置来根据滤波器设计过程而可导航，例如，选择滤波器类型；选择性能约束和滤波器响应类型；指定优化参数；和指定组件公差。当包括滤波器设计过程中的某一步骤的页面在用户界面12中显示为激活页面时，包括滤波器设计过程中的先前步骤的任何一个页面可被选择以呈现为激活页面。然而，包括滤波器设计过程中的后续步骤的页面在完成当前激活页面中的步骤之前无法被选择以呈现为激活页面。因此，可鼓励用户遵循恰当的(例如，适当的、期望的、推荐的)滤波器设计过程，同时导航多个页面。
根据各种实施方案，性能约束和设计输出可同时显示于一页上，而不是在两个不同页面中。用户可能能够与插入的滤波器参数18和/或查看参数29同时看到设计输出。例如，可促进在单个页面上(例如，在一个步骤中)选择滤波器类型、输入滤波器参数18和查看参数29并查看设计输出和/或其它呈现物(例如，错误、警告)。
在其它实施方案中，可在多于一页中输入滤波器参数18，且设计输出可连同一些滤波器参数18显示于一页上。在实例实施方案中，第一页可展现专门输入滤波器类型(例如，低通、高通，等等)的输入区域14，而不展现任何设计输出(例如，除非已选择滤波器类型和直到选择滤波器类型，否则可能无法呈现设计输出)；第二页和后续页可连续展现输入区域14和查看区域16(例如，并排、一个在另一个下方，等等)。
根据各种实施方案，更改查看参数29和/或滤波器参数18可导致滤波器性能被重新计算且适当地呈现在查看区域16上。在各种实施方案中，滤波器性能约束可设定在相同页面上(或窗口、屏幕，等等)，因为在任何用户输入的更改(例如，输入新的和/或更新的滤波器参数18和/或查看参数29)时可立即计算设计输出且对用户显示以促进实时反馈。
滤波器设计工具10的实施方案可应用于任何滤波器类型，包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器。此外，滤波器设计工具10可用于设计模拟滤波器和数字滤波器(例如，无限脉冲响应(IIR)滤波器)，其具有用户界面12和滤波器设计模块20的适当配置，以及其它特征。
在各种实施方案中，在滤波器设计过程的任何步骤，用户可访问帮助模块50。帮助模块50可展现可促进理解滤波器设计过程的信息，和期望的滤波器设计工具10的其它方面。帮助模块50可响应于用户点击用户界面12的某些部分、可搜索的内容表或索引、更有效的设计过程的信息提示等等而展现用户搜索查询栏、文本内容。可促进滤波器设计过程或滤波器设计工具10的操作的任何适当信息都可以任何适当格式或形式包括在帮助模块50中。
转到滤波器设计工具10的基础架构，滤波器设计工具10可在配备有适当硬件(例如，显示屏幕、监视器，等等)的任何适当的计算设备(例如，服务器、桌面型计算机、笔记本电脑、智能手机，等等)上实施，以促进其操作。在一些实施方案中，滤波器设计工具10可与硬件(例如，显示监视器)介接以执行本文中描述的操作。例如，用户界面12可在显示屏幕上呈现为对用户可见，且可与其它硬件(例如，鼠标、操纵杆、触摸屏、键盘)相关，用户可通过所述其它硬件在用户界面12中操纵滤波器参数18和查看参数29。
在各种实施方案中，滤波器设计工具10可位于单个设备上。在其它实施方案中，滤波器设计工具10可跨网络上的多个设备而分布，其可包括任何数量的互联服务器、虚拟机、交换机、路由器和其它节点。图1的元件可通过利用提供用于电子通信的可行通路的任何适当连接(有线或无线)的一个或多个接口而耦接到彼此。此外，这些元件的任何一个或多个可基于特定配置需求而组合或从架构移除。
在一些实施方案中，滤波器设计工具10可包括一起操作以执行本文中描述的操作的应用和硬件。例如，滤波器设计工具10的一部分可以硬件实施，且另一部分可以软件(例如，作为应用)实施。如本文中所使用，“应用”可包括可执行文件，其包括计算机可理解且可在计算机上处理的指令，且还可以包括在执行期间加载的库模块、目标文件、系统文件、硬件逻辑、软件逻辑或任何其它可执行模块。
注意，分配到图1的元件的数字和字母命名并非意味着任何类型的等级；命名是任意的且仅出于教导的目的而使用。这些命名不应以任何方式解译为限制其在可受益于滤波器设计工具10的特征的潜在环境中的能力、功能或应用。应理解，图1中所示的架构出于易于图示而被简化。
转到图2，图2是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。窗口70包括第一页72，其提供输入区域14以通过适当标注的按钮74而选择滤波器类型和/或加载先前准备的滤波器设计。按钮76、78、80和82可允许用户分别选择低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器。点击各自按钮76、78、80或82可带出有关的输入栏以输入与所选滤波器类型相关的其它适当滤波器参数18。在其它实施方案中，点击各自按钮76、78、80和82可将用户带到有关于所点击的按钮的后续页面，且其可提供输入栏以输入对应的滤波器参数18和查看参数29。
窗口70可包括可通过点击标签84、86、88、90和92而选择的多个页面。例如，选择标签84可将页面72带到激活视图，其中输入区域14和查看区域16(如果适用)可连续显示在用户界面12上。无法选择的页面(例如，停用)可由灰色化的标签指示。在图的实例屏幕快照中，例如，因为在没有首先在页面72上选择滤波器类型的情况下选择滤波器频率，或选择组件等等可能不可行，所以标签86、88、90和92(分别为“规格”、“组件选择”、“组件公差”和“最终结果”)可能灰色化。可点击的工件(例如，箭头、文本、图标，等等)94可促进导航到滤波器设计过程中的下一步骤。
根据各种实施方案，用户可通过按下工件94(例如，在页面底部的下一步或返回按钮)或通过按下适当标签(例如，选择标签84、86、88、90、92中的一个)而从当前页面导航到后续标签。除非所述页面没有灰色化，否则可能不允许用户使用标签来不按顺序地跳转到某个页面(例如，用户可使用标签进到下一页面，但不是下一页面+1)。除非用户已经访问过所述页面，否则标签可能是灰色化的。在实例实施方案中，如果用户从当前页面进到先前访问过的页面，且在输入区域14中修改滤波器参数18的值，那么所有接下来的页面可能被灰色化以指示可能需要额外信息(例如，用户需要重做工作)。
在一些实施方案中，如果当前页面中出了一些问题，那么可防止用户进到下一页面。这种情况包括(仅举例而言且并非为限制)：(1)第一页(例如，“类型”页面)上没有选择类型；(2)第二页(例如，“规格”页面)上无法计算滤波器响应；(3)第三页(例如，“组件选择”页面)上无法计算组件；(4)在第四页上(例如，“组件公差”页面)用户已对于任何控制而选择“理想”。在没有重新输入或校正适当的滤波器参数18的情况下用户无法继续的任何情况中，当用户试图使用工件94(或标签)以继续到下一页面时，可显示错误44。在一些实施方案中，当鼠标光标悬停在工件94上时，以提示框形式的文本52可显示相同信息。在一些实施方案中，当没有防止用户进到某一页时，工件94可显示文本，其指示如果鼠标光标悬停于其上时选择工件94，那么用户可到达的目标页面。
转到图3，图3是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的另一实例屏幕快照的简化图。页面96可展现将在输入区域14中输入的性能约束。例如，在页面96上的适当栏中可输入增益、频率等等。输入的参数和对应值可合并成滤波器参数18。标注98可告知用户关于先前页面中所选的滤波器参数18(例如，低通滤波器类型)。输入区域14中的滑块控制100可促进选择适当的滤波器响应类型。滑块控制100可具有显示为从第一端到第二端的连续体条的多个可选择选项。将滑块置于条上可指示特定滤波器响应类型。
滑块选择可影响滤波器架构和其它特征，例如，通带波纹控制102是否灰色化。例如，当滑块位于标注为“最少级”的第一端上时，滤波器响应类型可对应于切比雪夫滤波器，且通带波纹控制102可不被灰色化；当滑块位于近似中间时，滤波器响应类型可能指示巴特沃斯滤波器且通带波纹控制102可被灰色化；当滑块位于标注为“最快设定”的第二端上时，滤波器响应类型可对应于贝塞尔滤波器且通带波纹控制102可被灰色化。
这种滤波器响应类型选择可导致滤波器设计工具10使用本领域中已知的各种算法和方法计算将要设计的滤波器的许多级(例如，在没有特定组件值的情况下的电路示意图)。在图中所示的实例实施方案中，在类型页面和规格页面中输入适当的滤波器参数18可创建对于优化问题的约束。在实施方案的广泛范畴内可实施各种其它选择。
查看区域16可基于在输入区域14中输入的滤波器参数18而显示设计输出(例如，频率响应104)。另一输入区域14可促进输入查看参数29。在实例屏幕中，查看参数29可从设有幅值、相位、群延迟等等的下拉菜单选择。更改页面96上的滤波器参数18可在相同页面96上的查看区域16中导致对应的不同设计输出。用户可在相同页面上同时查看设计输出并操纵输入参数。在图的实例屏幕快照中，滤波器频率响应104显示为具有适当图例、轴和其它图形特征的图形36。
转到图4A至图4C，图4A至图4B是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。在图4A中，查看参数29被设定为“相位(°)”。滤波器频率响应104相应地以度数显示对应于页面96上输入的滤波器参数18的相位。在图4B中，查看参数29被更改为“阶跃响应”。滤波器频率响应104相应地更改为对应于页面96上输入的滤波器参数18的阶跃响应。
转到图4C，查看参数29可被设定为“级”。随着方框图40指示对应于页面96上输入的滤波器参数18的滤波器设计的三个级，查看区域16在其上显示设计输出。关于所设计的滤波器中的级的信息可指示为级信息106。级信息106可指示(例如)每个级包括二阶低通滤波器。可在级信息106下方示出每个级的目标规格(“target specs”)108。也可在级信息106下方示出相对简化的滤波器响应图110。在页面96上更改滤波器参数18可对应地更改级信息106(包括级数)、目标规格108和滤波器响应图110。可选择工件94以继续到滤波器设计过程的下一步骤(例如，组件选择)。
转到图5，图5是根据滤波器设计工具10的实施方案指示低通滤波器的滤波器参数18的某些实例限制值的实例表112。如果用户输入超过表112中指示的限制的值，那么滤波器设计工具10的实施方案可显示错误44。在实例实施方案中，可在查看区域16中显示错误44。在另一实例实施方案中，可在用户界面12的窗口区域17中显示错误44。当有错误消息条件时，滤波器设计模块20可停止进一步设计或显示计算。
错误44的实例包括：(1)输入的波纹值大于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，(“通带波纹应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带波纹和通带衰减的数值可变为红色)；(2)阻带频率小于或等于通带频率；错误44可显示为文本(例如，“通带频率应小于阻带频率”)和彩色(例如，通带频率和阻带频率的数值可变为红色)；(3)阻带衰减的绝对值小于或等于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，“阻带衰减应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带衰减和阻带衰减的数值可变为红色)。各种其它错误格式、条件和显示可包括在实施方案的广泛范畴内。
转到图6，图6图示根据滤波器设计工具10的实施方案指示高通滤波器的滤波器参数18的某些实例限制值的实例表114。如果用户输入超过表114中指示的限制的值，那么滤波器设计工具10的实施方案可显示错误44。在实例实施方案中，错误44可显示于查看区域16中。在另一实例实施方案中，错误44可显示于用户界面12的窗口区域17中。当有错误消息条件时，滤波器设计模块20可停止进一步设计或显示计算。
错误44的实例包括：(1)输入的波纹值大于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，(“通带波纹应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带波纹和通带衰减的数值可变为红色)；(2)阻带频率大于或等于通带频率；错误44可显示为文本(例如，“通带频率应大于阻带频率”)和彩色(例如，通带频率和阻带频率的数值可变为红色)；(3)阻带衰减的绝对值小于或等于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，“阻带衰减应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带衰减和阻带衰减的数值可变为红色)。各种其它错误格式、条件和显示可包括在实施方案的广泛范畴内。
转到图7，图7图示根据滤波器设计工具10的实施方案指示带通滤波器的滤波器参数18的某些实例限制值的实例表116。如果用户输入超过表116中指示的限制的值，那么滤波器设计工具10的实施方案可显示错误44。在实例实施方案中，错误44可显示于查看区域16中。在另一实例实施方案中，错误44可显示于用户界面12的窗口区域17中。当有错误消息条件时，滤波器设计模块20可停止进一步设计或显示计算。
错误44的实例包括：(1)输入的波纹值大于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，(“通带波纹应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带波纹和通带衰减的数值可变为红色)；(2)阻带频率大于或等于通带频率；错误44可显示为文本(例如，“通带频率应大于阻带频率”)和彩色(例如，通带频率和阻带频率的数值可变为红色)；(3)阻带衰减的绝对值小于或等于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，“阻带衰减应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带衰减和阻带衰减的数值可变为红色)。各种其它错误格式、条件和显示可包括在实施方案的广泛范畴内。
转到图8，图8图示根据滤波器设计工具10的实施方案指示带阻滤波器的滤波器参数18的某些实例限制值的实例表118。如果用户输入超过表118中指示的限制的值，那么滤波器设计工具10的实施方案可显示错误44。在实例实施方案中，错误44可显示于查看区域16中。在另一实例实施方案中，错误44可显示于用户界面12的窗口区域17中。当有错误消息条件时，滤波器设计模块20可停止进一步设计或显示计算。
错误44的实例包括：(1)输入的波纹值大于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，(“通带波纹应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带波纹和通带衰减的数值可变为红色)；(2)阻带频率大于或等于通带频率；错误44可显示为文本(例如，“通带频率应大于阻带频率”)和彩色(例如，通带频率和阻带频率的数值可变为红色)；(3)阻带衰减的绝对值小于或等于通带衰减的绝对值；错误44可显示为文本(例如，“阻带衰减应小于通带衰减”)和彩色(例如，通带衰减和阻带衰减的数值可变为红色)。各种其它错误格式、条件和显示可包括在实施方案的广泛范畴内。
转到图9，图9图示根据滤波器设计工具10的实施方案指示滤波器参数18的某些实例默认值的实例表120。如果在滤波器设计过程中“规格”页面(例如，页面96)被第一次输入(例如，用户在没有使用预先设计的滤波器的情况下输入滤波器参数18)，那么可使用表120中指示的实例默认值，且在用户界面12的输入区域14中相应地显示。用户可基于用户的应用需求适当修改滤波器参数18。
如果用户从先前页面进入“规格”页面，且已经从先前设计的滤波器加载参数，那么来自先前设计的滤波器的适当值可显示于用户界面12的输入区域14中。滤波器设计工具10的实施方案可存储最后使用的状态(例如，滤波器参数18、查看参数29，等等)以根据实例实施方案用于将来进行参考。在一些实施方案中，最后使用的状态可对于单独的阶段而保存；在其它实施方案中，最后使用的状态可甚至在窗口70关闭(例如，滤波器设计工具10的应用已关闭)之后被保存。
转到图10，图10是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。当用户点击标签88(例如，“组件选择”)或从先前页面(例如，“规格”页面96)点击适当工件(例如，工件94)时，可显示页面122。在实例屏幕快照中，查看参数29已被设定为级，在查看区域16上显示方框图40。在输入区域14中，可由用户输入运算放大器的电源电压和优化参数124。例如，用户可根据电压范围或低功率或低噪声等等而选择优化。用户还可以选择绕过优化特征并输入特定组件。
转到图11A至图11B，图11A至图11B是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。选择“电路”作为查看参数29可在页面122的查看区域16中显示电路图32。级信息106也可以与电路图32同时显示。在页面122上选择“电压范围”作为优化参数124可导致滤波器设计工具10计算滤波器的适当组件值126。在图中，出于易于图示，某些组件被突出显示且标注为组件值126；可注意的是，滤波器中使用的任何和所有组件值可包括在组件值126中。如果用户将优化参数124改变为“低噪声”，如图11B中所指示，那么滤波器设计工具10可重新计算组件值126且适当修改电路图32。
转到图12A至图12C，图12A至图12C是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。选择“特定组件”作为优化参数124可带出额外的级选择选项128。点击或另外选择每个级可扩充选择以示出额外的输入选择130，如图12B中所示。例如，可选择滤波器的架构、特定运算放大器选择和组件大小且从默认值(或先前保存的值)改变。所选的特定运算放大器可例如通过选择“更改”按钮132而适当更改。
选择“更改”按钮132可带出窗口区域17，如图12C中所示。在实例实施方案中窗口区域17可显示为重叠于页面122上，且使页面122不可访问。窗口区域17可为用户展现例如以列表形式的若干个可用的运算放大器选择。运算放大器列表可从运算放大器数据库54导出。用户可通过适当地突出显示来自列表的期望项目，且点击“选择”按钮134而选择一个或多个放大器。选择过程可通过点击“取消”按钮136而中止。
展现给用户的列表可以是任何适当格式。图中展现的实例列表显示每个列出的运算放大器的增益带宽(GBW)以及最小和最大的电源电压规格。窗口区域17的一部分138可展现滤波器级需求，以帮助用户选择适当的运算放大器。选择运算放大器可关闭窗口区域17，且用户界面12可显示页面122，在适当部分中示出所选的运算放大器。滤波器设计模块20可基于所选的运算放大器重新计算组件值，并且也可以相应地修改电路图32。在另一实施方案中，选择“更改”按钮132可在窗口区域17中产生可展现运算放大器列表的下拉菜单，而不是在使页面122不可访问的单独窗口区域17中展现所述列表。在实施方案的广泛范畴内，可展现各种其它选择方法。
转到图13，图13是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。在页面122中选择“噪声”作为查看参数29可导致将要适当显示滤波器频率响应104，包括频谱噪声密度。可同时显示说明文本140和额外的输入选择。说明文本140可被定位在不会重叠设计输出显示处。
转到图14，所述图是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。选择标签90可显示页面142。用户可适当地输入电阻器、电容器和运算放大器的组件公差144。选择适当的查看参数29可导致显示对应的滤波器频率响应104，由标记的区域146指示响应于公差的变化(或伸缩)。标记的区域146可以不用颜色或其它格式显示以指示其表示滤波器行为中由于组件公差的变化。更改组件公差值可对应地更改标记的区域146的大小和/或广度。
转到图15，图15是示出滤波器设计工具10的实施方案中的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。用户可适当地输入电阻器、电容器和运算放大器的组件公差144。选择“级”作为查看参数29可将级显示为方框图40。可由适当标记的区域146显示响应于每个级的变化(或伸缩)。在一些实施方案中，方框图40中标记的区域146可仅出于信息的目的。在其它实施方案中，方框图40中标记的区域146可指示滤波器性能随着组件公差的实际变化。
转到图16A至图16B，图16A至图16B是示出根据滤波器设计工具10的实施方案的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。在滤波器设计过程中的任何级，用户可选择“帮助”或类似信息选择，其可带出窗口区域17，示出文本52。文本52可包括信息，如滤波器设计过程概述、工具用户指南，等等。在实例实施方案中，如图16A中所示，可显示窗口区域17，导致后面的页面呈现不可访问(例如，灰色化)。在另一实例实施方案中，如图16B中所示，例如当用户选择页面上的“这是什么”标注148时，窗口区域17可显示为在激活页面前面更小的框。
转到图17，图17是示出根据滤波器设计工具10的实施方案的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。点击(或悬停于，或另外选择)警告图标150可带出警告48以适当地警告用户，例如指示信息或潜在的设计难点，等等。在图中所示的实施方案中，警告48可显示为突出显示的文本框。在实施方案的广泛范畴内，可使用各种其它格式和显示模式。
转到图18，图18是示出根据滤波器设计工具10的实施方案的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。任何错误消息可在用户界面12中适当地显示为错误44。例如，错误44可在窗口区域17中弹出以指示错误。错误44可包括适当文本以指示错误的本质，且可在可行之处为用户展现校正错误的选项。在图中所示的实例中，错误44指示运算放大器选择是错误的，且为用户展现通过适当可点击的按钮更改运算放大器的选项。在其它实施方案中，错误44可适当地显示在设计输出的旁边。在实施方案的广泛范畴内，可对于错误44使用任何适当的显示格式和模式。
转到图19，图19是示出根据滤波器设计工具10的实施方案的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。选择标签92可在用户界面12上显示页面152，示出滤波器设计过程的最终结果。可允许用户通过选择框154而保存滤波器设计。点击(或另外选择将保存的选项)可带出适当窗口以使用户能够输入文件名、存储位置，等等。用户可通过选择框156(“获取设计文件”)而获取所设计的滤波器的设计文件(例如，SPICE文件)。选择框158(“预订评估板”)可使用户能够预订评估板以测试所设计的滤波器。选择框160(“共享”)可使用户能够与同事共享滤波器设计。例如，电路图可被转换成图像文件，并发电子邮件给所选的同事。在另一实例中，在电子邮件中可包括到设计文件的链接，以允许所选的同事带出滤波器设计工具10并查看所设计的滤波器。在实施方案的广泛范畴内，可对用户展现与最终滤波器设计相关的各种其它选项。
转到图20，图20是示出根据滤波器设计工具10的实施方案的实例用户界面12的实例屏幕快照的简化图。选择框158可带出窗口区域17，其可显示可预订的可用评估板。滤波器设计工具10可访问库存数据库并且调出可用评估板(无论其是否有存货)、其价格和其它有关信息以帮助用户选择适当的评估板。
转到图21，图21是图示根据滤波器设计工具10的实施方案的实例配置的简化方框图。服务器170可与客户端172通信，所述客户端可由用户174操作(例如，由用户174使用)。滤波器设计工具应用176可被托管在服务器170处，且可在客户端172处显示滤波器设计工具的用户界面178。例如，滤波器设计工具的用户界面178可以是网页浏览器，用户174可通过其与滤波器设计工具10交互。
在一般意义上，客户端/服务器范例描述两个计算机程序之间的关系，其中一个程序(客户端)从另一程序(服务器)作出服务请求，所述服务器实现所述请求。客户端/服务器范例可被单个计算机(或计算设备)内且在网络中的程序使用。在网络中，客户端/服务器模型提供方便的方式来互连跨越不同位置有效分布的程序。
用户174可通过适当命令打开(或另外访问)滤波器设计工具的用户界面178。例如，用户174可在网页浏览器上输入对应于滤波器设计工具的用户界面178的统一资源定位器(URL)。客户端172可将请求传递到服务器170，其可指示客户端172打开并相应地显示滤波器设计工具的用户界面178。在另一实例实施方案中，用户174可选择(例如，双击)并打开滤波器设计工具的用户界面178。滤波器设计工具的用户界面178可导致客户端172开启与服务器170上的滤波器设计工具应用176的通信。
用户174可在滤波器设计工具的用户界面178中输入用户输入(例如，滤波器参数18和查看参数29)。在实例实施方案中，滤波器设计工具的用户界面178可执行计算180并相应地显示工具输出(例如，设计输出)。滤波器设计工具的用户界面178可与滤波器设计工具应用176建立网络连接，且从其调出有关文件和其它信息。文件和其它信息可本地存储在客户端172上。滤波器设计工具的用户界面178可响应于各种用户输入和显示设计输出而相应地执行计算180。随后，如果与服务器170的网络连接被中断、停用或另外被破坏，那么滤波器设计工具的用户界面178可能不会经历任何性能损失，且可像之前一样继续执行计算180。
在另一实例实施方案中，滤波器设计工具的用户界面178可与滤波器设计工具应用180积极共同协作。滤波器设计工具的用户界面178可将用户输入传递到服务器170。滤波器设计工具应用176可执行计算180，且将结果传递回到客户端172。客户端172可随即将结果(例如，设计输出)显示在滤波器设计工具的用户界面178上。在又另一实施方案中，滤波器设计工具的用户界面178可执行一些计算180，而其它计算180可由服务器170上的滤波器设计应用176执行。
当滤波器设计工具的用户界面178执行计算180时，结果可几乎在瞬时显示；当滤波器设计工具应用176执行计算180时，结果可根据客户端172与服务器170之间的通信条件而显示。例如，如果客户端172与服务器170之间的网络连接经历显著延迟和通讯拥堵，那么结果可能延迟在客户端172处显示给用户174。
在图中所示的基于网络的实施中，滤波器设计工具10可包括能够传输控制协议/网际网路协议(TCP/IP)通信的配置，以在网络中电子传输或接收数据包。滤波器设计工具10还可以在适用之处且基于特定需求而与用户数据报协议/网际网络协议(UDP/IP)或任何其它适当的协议协同操作。此外，网关、路由器、交换机和任何其它适当节点(物理或虚拟)可用于促进网络中的各种节点之间的电子通信。
网络环境可被配置在物理基础架构上，其可包括一个或多个网络，且还可以任何形式配置，包括但不限于LAN、无线局域网(WLAN)、VLAN、城域网(MAN)、广域网(WAN)、VPN、内联网、外联网、任何其它适当架构或系统，或促进网络中的通信的其任何组合。在一些实施方案中，通信链路可表示支持LAN环境的任何电子链路，如(例如)电缆、以太网、无线技术(例如，IEEE 802.11x)、ATM、光纤，等等，或其任何适当组合。在其它实施方案中，通信链路可表示通过任何适当介质(例如，数字订户线路(DSL)、电话线、T1线、T3线、无线、卫星、光纤、电缆、以太网等等或其任何组合)和/或通过任何额外网络(如广域网(例如，因特网))的远程连接。
转到图22，图22是图示根据滤波器设计工具10的实施方案的实例配置的简化方框图。根据实例配置，滤波器设计工具应用176和滤波器设计工具界面178可托管(或存取)在设备184处。设备184可为任何适当的计算设备(例如，计算机、服务器、智能手机，等等)，其具有计算能力(例如，处理器、存储器，等等)以执行由滤波器设计工具应用176和滤波器设计工具界面178提供的指令，且导致设计输出和其它信息被显示在用户174可访问(可识别)的监视器上。用户174可打开滤波器设计工具界面178并输入滤波器参数、查看参数等等，且一般而言，与滤波器设计工具界面178交互。计算180可由设备184中的滤波器设计工具应用176而执行。
转到图23，图23是图示可与滤波器设计工具10的实施方案相关的实例操作的简化流程图。操作190包括192，此时在用户界面12接收滤波器参数18。滤波器参数18包括优化参数(例如，噪声、功率、电压范围，等等)。在194，滤波器可对于优化参数而被设计优化。在196，可接收查看参数29。在198，设计输出(例如，滤波器频率响应104、电路图32、方框图40，等等)可适当地显示在用户界面12中。
转到图24，图24是图示可与滤波器设计工具10的实施方案相关的实例操作的简化流程图。操作200包括212，此时可由滤波器设计模块20确定起始(例如，初始)电阻器值。在212，可计算运算放大器(对于每个级)所允许的增益带宽范围。可从滤波器参数18中提供的滤波器规格计算增益带宽范围。在214，滤波器设计模块20可从运算放大器数据库54选择满足在212的先前操作中计算的增益带宽范围的适当运算放大器。
在216，可选择适当电阻器和电容器(例如，可计算组件值)。电阻器和电容器值可基于由用户选择的优化参数。滤波器设计工具10的实施方案可在如果优化参数是“噪声”时选择较小电阻器和较大电容器，且如果优化参数是“功率”则反之亦然。“电压范围”可指示根据另外两个优化参数而计算的组件值之间的组件值上的折衷。在218，可确定级阶数。如果优化参数是“噪声”或“电压范围”，那么滤波器设计工具10的实施方案可重新安排滤波器级阶数以分别获取低噪声的滤波器性能或高电压范围的滤波器性能。根据一个实施方案，重新安排可以强制的方式通过计算级组合的噪声(或电压范围)并选取具有最低噪声(或最大电压范围)的级组合而实现。在各种实施方案中，随着操作200被执行，组件对象66可被读取、写入以及另外存取以适当地且基于特定需求而显示适当电路图32、图形36、方框图40、错误44、警告48、文本52、滤波器频率响应104，等等。
转到图25，图25是根据滤波器设计工具10的实施方案提供可与计算初始电阻器值相关的实例操作的简化伪码。算法220指示滤波器中的所有级的最小固有频率fp可从滤波器参数18且另外使用任何适当方法而找到。对于每种类型的优化，也就是根据表222的对于噪声、功率和电压范围的优化，可设定某些最大频率(fmax)、最小电阻器值(Rmin)和最大电阻器值(Rmax)。可确定fmax和Rmin和Rmax的平方根的乘积的最小值。计算的最小值可除以最小固有频率fp以获得初始电阻器值。
转到图26，图26是根据滤波器设计工具10的实施方案提供可与确定最小运算放大器的性能需求相关的实例操作的简化伪码。可从由用户输入的滤波器参数18计算增益带宽范围(GBW)。所计算的GBW可根据优化参数修改。例如，如果优化参数是“功率”，那么GBW可指示比如果优化参数是“噪声”或“电压范围”时将有的频率更低的频率。算法224可用于将滤波器参数18转换成对于滤波器中使用的运算放大器而言最小的GBW、Rout(运算放大器输出电阻)和转换速率(更改输出电压的最大速率)需求。当为用户选取运算放大器时可使用算法224，且当用户选择运算放大器时筛选出不适当的运算放大器。
根据算法224，对于每个级，可确定所允许的最小GBW、最小转换速率和最大Rout/GBW。最小运算放大器GBW可设定为所有级的最大运算放大器GBW；最大Rout/GBW可被设定为所有级的最小运算放大器的RoutOverGBW(运算放大器所允许的最大Rout/GBW，使得如所指定地以阻带频率(或超过十倍频)衰减)；且最小运算放大器转换速率可设定为所有级的最大运算放大器转换速率。在实例实施方案中，虽然基于本领域中已知的方法可适当计算其它值，但是最小转换速率可对于滤波器的所有阶数和类型而被设定为0。
转到图27A至图27C，图27A至图27C是图示根据滤波器设计工具10的实施方案的可与对于一个级选择运算放大器需求相关的实例操作的简化流程图。在图27A中，操作230可始于232，此时计算运算放大器过程的GBW范围被触发(或称为在执行期间的函数，等等)。在234，可作出滤波器参数18是否指示对于噪声的优化的确定。如果指示对于噪声的优化，那么可在236将frequency_multiplier变量设定为100，且将allowed_error变量设定为0.01(1％的错误)。如果未指示对于噪声的优化，那么可在238作出滤波器参数18是否指示对于电压范围的优化的确定。如果指示对于电压范围的优化，那么在240可将frequency_multiplier变量设定为100，且可将allowed_error变量设定为0.02(2％的错误)。
如果也未指示对于电压范围的优化，那么在242可作出滤波器参数18是否指示对于功率的优化的确定。如果指示对于功率的优化，那么可在244将frequency_multiplier变量设定为10且可将allowed_error变量设定为0.05(5％的错误)。如果也未指示对于功率的优化，那么在246可作出滤波器参数18是否指示根据推荐的特定组件的优化的确定。如果指示根据推荐的特定组件的优化，那么可在248将frequency_multiplier变量设定为100且可将allowed_error变量设定为0.05(5％的错误)。如果也未指示根据推荐的特定组件的优化，那么在250可作设定根据所允许的特定组件的优化，且可在252将frequency_multiplier变量设定为10且可将allowed_error变量设定为0.02(2％的错误)。在254，可基于级的阶数和类型选择适当的计算方框(或对象)。
转到图27B，如果在256指示一阶低通滤波器，那么在258，对于滤波器设计的变量可适当地如下计算：衰减可计算为1减去allowed_error；截止频率(fcutoff)可计算为
GBW可计算为fcutoff×增益；R_Out_Over_GBW可被设定为∞(无穷大)；且转换速率可设定为0。操作可在260结束。如果级类型和阶数在262指示一阶高通滤波器，那么在264，R_Out_Over_GBW可被设定为∞且转换速率可设定为0，且操作可在265结束。
如果级阶数和类型在266指示二阶低通滤波器，那么转到图27C，在268，初始电容器值C1可被设定为基于级的最小固有频率fp和用户的优化选择(例如，噪声、功率或电压范围)的值。在270，可根据级的最小固有频率fp和用户的优化选择而设定变量R3plusR4(R3+R4)。在272，可通过任何适当方法计算理想的Sallen-Key组件值。在274，可按如下计算Sallen-Key级的变量：
ε＝(allowed_error+1)2-1；
在各种实施方案中，可确保Rout允许超过阻频十倍的整整20dB的每十倍衰减。在276，可作出优化是否是根据所允许的特定组件的确定。如果是，那么在278，频率f可被设定为阻带频率。如果不是，那么在280，频率f可被设定为阻带频率×10。在282，R_out_over_GBW可按如下计算：
在284，可作出R_out_over_GBW是否为负的确定。如果衰减是较小数值，且由R2/(R1+R2)提供的衰减相当强，那么R_out_over_GBW可根据在282的等式而被确定为负数。在这种情况中，运算放大器的Rout可能不重要，因为R1和R2实质上照顾到所有衰减。R_out_over_GBW的负值可指示运算放大器输出电阻可能与特定滤波器设计无关。因为下游计算中可能不允许负数，所以如果计算的值小于零，那么可在286将R_out_over_GBW设定为∞。在288，转换速率可设定为0且操作可在290结束。
回转到图27B，如果级阶数和类型在292、在294指示二阶高通滤波器，那么GBW可计算为frequency_multiplier、增益和fp的乘积；R_out_over_GBW可设定为∞；且转换速率可设定为0。操作可在295结束。如果级阶数和类型在296指示二阶带通滤波器，那么在298，初始电容器值C1可被设定为基于级的最小固有频率fp和用户的优化选择(例如，噪声、功率或电压范围)的值。在300，可根据级的最小固有频率fp和用户的优化选择而设定变量R3plusR4(R3+R4)。在302，可根据理想的Delyiammis Friend级而计算组件值。在304，可按如下计算Delyiammis Friend级的变量：
ε＝(allowed_error+1)2-1；
R_out_over_GBW＝∝
slew_rate＝0
过程可在306结束。如果级阶数和类型在308指示二阶带阻滤波器，那么在310，GBW可计算为frequency_multiplier、增益和fp的乘积；R_out_over_GBW可设定为∞；且转换速率可设定为0。操作可在312结束。操作230可对于所有级个别地重复。
转到图28，图28是指示根据滤波器设计工具10的实施方案的可与选择运算放大器相关的实例操作的简化伪码。滤波器设计工具10的实施方案可确定运算放大器数据库54中满足所计算的增益带宽范围(例如，根据操作230而确定)的运算放大器。滤波器设计工具10的实施方案也可以在如果其无法满足其它参数时，例如，如果所选的运算放大器无法在评估板上拟合时从用户选择的列表移除运算放大器。在确定运算放大器选择列表之后，滤波器设计工具10的实施方案可根据算法320选取对于优化适当的运算放大器。
根据算法320，可选择运算放大器数据库54中满足最小GBW需求(例如，min GBW＜运算放大器GBW≤10×minGBW)的实质上所有的运算放大器。从这个列表，可移除不满足如由等式Op Amp Not Allowed＝TRUE指示的所允许标准(例如，拟合于评估板上，等等)的任何运算放大器。所允许的标准可包括(举例而言且并非限制)运算放大器数据库54中不可用的运算放大器；不存在对于运算放大器的技术支持；GBW太低；电源电压太低或太高；运算放大器无法支持可用的评估板；程序包与可用的评估板不兼容；输出阻抗太高(例如，maxRoutOverGBW＜opamp.Rout/opamp.GBW)；转换速率太低(例如，opamp.SlewRate＜minSlewRate)；没有足够的正输入或输出范围(例如，(+Vs-opamp.lnputHeadroomV+-0.1≤RefV)、(+Vs-opamp.OutputHeadroomV+-0.1≤RefV)具有±100mV的输入输出净空高度限制)；没有足够的负输入或输出范围(例如，(-Vs+opamp.InputHeadroomV-+0.1≥RefV)、(-Vs+opamp.OutputHeadroomV-+0.1≥RefV))；等等。
如果没有运算放大器满足所述标准，那么将minGBW乘以10并重复，直到至少一个运算放大器满足标准或minGBW超过10GHz为止。如果minGBW到达10GHz而没有运算放大器满足所述标准，那么可告知用户无法找到满足设计参数(例如，滤波器参数18)的运算放大器。如果用户的电源电压范围小于5V，或大于10V，那么算法320指示可对用户作出建议(例如，在适当窗口区域17中，或文本)将上限电源电压值设定为+5V且将下限电源电压值设定为0V或-5V可产生较好结果。
另一方面，如果找到至少一个运算放大器，那么可从剩余的列表执行以下计算。如果用户已选择根据功率的优化，那么可选择具有最低电源电流(例如，opamp.SupplyCurrent)的运算放大器。如果用户已选择根据噪声的优化，那么可执行以下计算。可使用来自列表上的每个运算放大器的级规格阵列的最小fp值而获得变量R3plusR4。噪声可计算为：
且可选择具有最低噪声的运算放大器。
如果用户已选择根据电压范围的优化，那么可通过将来自列表中的每个运算放大器的所有级的增益相乘在一起而确定总增益。可计算电压高度(room)(例如，InRoom、OutRoom)，且可例如确定变量Room的值，Room＝(InRoom，OutRoom/TotalGain)的最小值。电压Room可为运算放大器净空高度的函数，其是运算放大器的输入和输出可如何接近地摆动到电源轨的度量(例如，具有±0.8V净空高度的运算放大器可在电源电压的0.8V内摆动)。可从列表选择具有最大Room的运算放大器。
转到图29，图29是根据滤波器设计工具10的实施方案指示可与确定电压高度相关的实例操作的简化伪码。一般而言，可从运算放大器的数据表规格或性能图确定运算放大器的净空高度。根据算法322，如果下限电源电压(-Vs)是0，那么变量RefV的值可被设定为上限电源电压的一半；否则，RefV可设定为0。输入净空高度是输入共模电压范围与电源电压之间的差，且可计算为InRoom＝最小值(((+Vs-opamp.InputHeadroomV+)-RefV)，(RefV-(-Vs+opamp.Input.HeadroomV-)))。输出净空高度(OutRoom)是输出电压摆幅与电源电压之间的差，且可计算为OutRoom＝最小值(((+Vs-opamp.OutputHeadroomV+)-RefV)，(RefV-(-Vs+opamp.OutputHeadroomV+)))。
转到图30，图30是根据滤波器设计工具10的实施方案指示可与选择电阻器和电容器值相关的实例操作的简化伪码。为了确定电阻器和电容器的组件值，可输入目标级规格(例如，包括阶数、fp、Q、fz、增益和类型)、优化方法(例如，噪声、功率、电压范围，等等)和运算放大器名称。特定级的目标级规格指示对于特定级的设计目标。输出包括组件对象66中的适当值，和实际级规格(例如，包括阶数、fp、Q、fz、增益和类型，具有特定组件值)。
根据算法324，电容器C1和变量R3plusR4可基于级的fp和用户的优化选择而设定。注意，在需要R3和R4值之处，在实例实施方案中，如果增益大于或等于1.0001，那么R3可被设定为(R3+R4)/增益；且R4可被设定为(R3+R4)-R3。如果增益小于1.0001且大于0.9999，那么R4可被设定为0，且R3可被设定为∞(例如，没有电阻器的情况)。当计算R3plusR4时增益可能不小于1。
可通过从运算放大器数据库54调出适当值来填充组件对象66中的运算放大器栏。如果数据库中不存在Rout，那么可取而代之使用0.3/电源电流的代理值。从目标级规范，变量Loopfp和LoopQ可分别被设定为fp和Q。如果选择“补偿运算放大器”(例如，指示用户希望补偿运算放大器的不理想度)，那么以下操作可执行若干次(例如，四次，或更多次，或更少次，取决于特定需求)；否则以下操作可执行一次。
对于一阶低通滤波器和高通滤波器，可假设一阶理想运算放大器而计算非运算放大器栏(例如，关于电阻器值和电容器值)；对于二阶低通滤波器和高通滤波器，可分别假设Sallen-Key低通和高通理想运算放大器而计算非运算放大器栏；对于二阶带通滤波器，可假设Delyiannis Friend带通理想运算放大器而计算非运算放大器栏；对于二阶带阻滤波器，可假设Delyiannis Friend Notch理想运算放大器而计算非运算放大器栏。可施加组件值限制，且可计算实际的fp值和Q值(例如，使用Nelder Mead算法)。
fp值和Q值可由按照所选组件的实际fp值和Q值的运算放大器的增益带宽而改变。Loopfp和LoopQ值可对于后续迭代而重新计算(如果运行多于一次迭代)。Loop值可以期望fp(和Q)与实际fp(和Q)的近似比率而更改，以防止过冲和乒乓效应(不收敛)。实际级规格可被设定为计算的实际fp值和Q值，且可从目标级规格保留fz、增益和类型值。
转到图31，图31是根据滤波器设计工具10的实施方案指示实例初始电容器值(C1)的简化图。电容器值提供为fp的函数。如果选择对于功率的优化，那么可使用表326中提供的值。如果选择对于电压范围的优化，那么可使用表328中提供的值。在选择对于特定组件的优化时也可以使用表328。如果选择对于噪声的优化，那么可使用表330中提供的值。如果选择对于电压范围的优化，那么可使用表328中提供的值。
转到图32，图32是根据滤波器设计工具10的实施方案指示可与初始R3plusR4值相关的实例操作的简化伪码。为了计算初始R3plusR4值，输入为优化参数(例如，噪声、功率、电压范围，等等)和fp；输出为R3plusR4。根据算法334，变量fmax可被设定为10MHz。可基于根据表336的优化参数而设定变量R_at_fmax和Rmax。变量Rfreq可计算为：
R3plusR4可计算为Rfreq和Rmax的最小值。
转到图33，图33是根据滤波器设计工具10的实施方案指示可与优化级阶数相关的实例操作的简化伪码。算法340的输入可包括组件阵列(例如，组件对象的阵列)、目标级规格和实际级规格、频率阵列和优化参数。在实例实施方案中，组件阵列、目标级规格和实际级规格可以是相同长度的阵列。例如，如果滤波器中使用3个级，那么每个阵列可在其内包括3个对象。输出可包括新组件阵列，新目标级规格和新实际级规格(例如，指示级的新阶数)。
频率范围可计算为在其之间具有50个频率点(例如，为了易于绘制相关频率响应图)。在实施方案的广泛范畴内，可在频率范围中使用任何数量的频率点。根据实例算法340，频率范围可使用起始频率(fstart)、停止频率(fstop)、每十倍频的点＝numfreqpoints*log(fstop/fstart)而计算。实质上所有计算都可以使用根据上述频率范围而计算的频率点阵列。
如果优化参数是噪声，那么对于每个组件级排列(例如，3P3)，可使用任何已知方法计算频谱密度；且可计算每个级的均方根(RMS)噪声(例如，RMS和峰到峰的值)，其中带宽设定为频率阵列中的最大频率。可返回新组件阵列、目标级规格和实际级规格，其中级以提供最小RMSnoise值的阶数重排。如果优化参数是电压范围，那么可计算电压范围中的适当乘数，且可返回新组件值、目标级规格和实际级规格，其中级以提供最大乘数的阶数重排。在实例实施方案中，级阶数重排对于低功率或特定组件的优化而言可能不可用(或不可执行)。
转到图34，图34是根据滤波器设计工具10的实施方案图示可与补偿受限的运算放大器GBW相关的实例操作的简化流程图。滤波器设计工具10的实施方案可调整滤波器的被动组件值以补偿运算放大器的不理想度。优化技术可帮助具有勉强足够增益带宽的运算放大器进行滤波器设计(例如，设计非常高速或非常低功率的滤波器)。通过补偿运算放大器，可获得尚可的滤波器响应，甚至具有另外的“临界”运算放大器。
操作350可包括352，此时给定滤波器电路的固有频率fn和Q，可对于特定滤波器假设理想的运算放大器而计算电阻器值和电容器值。在354，可计算频率范围。计算可取决于特定滤波器类型。例如，对于低通滤波器和高通滤波器，在356，fstart变量可设定为fn/20，且fstop可设定为fn/2，其中其间的点数量可设定为82。对于带通滤波器，在358，起始频率与停止频率之间的点数量被设定为100，且fstart和fstop被设定为：
对于带阻滤波器，在360，起始频率与停止频率之间的点数量被设定为100，且fstart和fstop被设定为：
fstart＝N′(passband_bandwidth)2+(center_frequency)2-passband_bandwidth
在362，可计算滤波器的幅值响应，其具有跨频率值的实际运算放大器值。在364，变量LoopFn可被设定为fn且LoopQ可被设定为Q。在366，临时变量Run#可被设定为1。在368，可确定使用适当方法(例如，Nelder Mead算法)计算的响应的近似截止频率和Q。在370，可更改LoopFn和LoopQ变量：
变量center_of_gravity_fn和center_of_gravity_Q可表示从优化算法获得的优化值。在372，临时变量Run#可递增1。在374，可作出Run#是否大于4(或基于精确度需求的其它适当值)的确定。如果Run#小于4，那么操作循环回到368，且重复，直到迭代完成4个周期为止。在376，fn可被设定为LoopFn的最终计算值，且Q可被设定为LoopQ的最终计算值。可基于新fn值和Q值计算新组件值。
转到图35，图35是根据滤波器设计工具10的实施方案图示可与运行Nelder Mead算法相关的实例操作的简化流程图。Nelder Mead算法是对于二次可微问题常用的非线性优化技术。在实施方案的广泛范畴内，滤波器设计工具10中可使用任何适当的优化算法。Nelder Mead仅仅是举例使用的一个这种优化算法，且因而不应被认为是滤波器设计工具10的限制。
一般而言，Nelder Mead方法使用单形的概念，单形是在N维中的N+1个顶点的多面体。单形的实例包括线上的线段、平面上的三角形和三维空间中的四面体。当目标函数平稳变化且具有单峰时，方法以N个变量来近似问题的局部最优。Nelder Mead通过推断在安排为单形的每个测试点处测量的目标函数的行为而产生新的测试位置。算法选择用新测试点代替这些测试点中的一个，以此类推。最差的点可用通过剩余N个点的中心反射的点代替。如果被代替的点比最佳的当前点更好，那么可执行沿着线以指数方式向外延伸。另一方面，如果被代替的点没有那么优于先前的值，那么单形可朝更好的点缩减或收缩。
操作380可实施Nelder Mead算法且包括382，此时对于二阶级可使用以下起始矢量：{LoopFn，LoopQ}；{LoopFn×2，LoopQ}；{LoopFn×0.7，LoopQ}；{LoopFn，LoopQ×2}和{LoopFn，LoopQ×0.5}。在384，对于一阶级(假设Q为1)可使用以下起始矢量：{LoopFn，1}；{LoopFn×0.9999，1}；{LoopFnx0.999，1}；{LoopFn×0.99，1}和{LoopFn×0.9，1}。在386，可按如下使用标准Nelder Mead系数：α＝1，γ＝2，ρ＝-1/2，且σ＝1/2，其中α、γ、ρ和σ分别为反射、膨胀、收缩和缩减系数。在实施方案的广泛范畴内，还可以对于Nelder Mead系数使用任何其它适当值。
在388，错误可设定为0。在390，对于每个频率点(例如，在响应图形上)，错误可被计算为先前计算的错误加上(来自理想运算放大器的幅值响应-从NelderMead算法计算的幅值响应)^2。在392，如果fn值或Q值小于或等于0，那么所述值可被重设为0，且矢量的幅值响应可被设定为0。在394，当所存储的阵列中的第一矢量与最后矢量之间的差小于0.01％时，或Nelder Mead算法已经过多于1000个步骤时，可停止错误计算。
注意，在本说明书中，包括在“一个实施方案”、“实例实施方案”、“实施方案”、“另一实施方案”、“一些实施方案”、“各种实施方案”、“其它实施方案”、“替代实施方案”和类似短语中的对各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性，等等)的引用意图是意味着任何这些特征包括在本公开的一个或多个实施方案中，但是可能或可能不一定在相同实施方案中组合。此外，词语“优化”和有关术语是指改进特定结果的速度和/或效率的专门术语，且并非意在指示用于实现特定结果的过程已经实现，或能够实现“优化”或完美速度/完美效率的状态。
在实例实施方案中，本文中概述的活动的至少一些部分可例如在滤波器设计模块20中以软件实施。在一些实施方案中，这些特征的一个或多个可以提供在这些元件外部或以任何适当方式整合以实现预期功能的硬件实施。各种元件(例如，滤波器设计模块20、用户界面12)可包括软件(或往复式软件)，其可协调以实现如本文中概述的操作。在还有其它实施方案中，这些元件可包括促进其操作的任何适当的算法、硬件、软件、组件、模块、界面或对象。
此外，本文中描述和示出的滤波器设计工具10(和/或其相关结构)还可以包括适当界面以接收、传输和/或另外传递数据或信息到硬件组件(例如，计算机监视器、显示设备)和网络环境中的网络设备(例如，客户端设备)。此外，与各种节点相关的一些处理器和存储器元件可被移除，或另外整合使得单个处理器和单个存储器元件负责某些活动。在一般意义上，图中描绘的安排可能以其表示形式更具逻辑性，而物理架构可包括各种排列、组合和/或这些元件的混合。需要注意的是，可使用无数种可行的设计配置以实现本文概述的操作目标。因而，相关的基础架构具有无数多个取代安排、设计选择、设备可能性、硬件配置、软件实施、设施选项等等。
在一些实施方案中，一个或多个存储器元件(例如，存储器元件58、运算放大器数据库54)可存储用于本文中描述的操作的数据。这包括能够将指令(例如，软件、逻辑、代码，等等)存储在非短暂性介质中的存储器元件，使得指令被执行以实施本说明书中描述的活动。处理器可执行与数据相关的任何类型的指令以实现本说明书中在此详细描述的操作。
在一个实例中，处理器(例如，处理器56)可将元件或物件(例如，数据)从一个状态或情况转变为另一状态或情况。在另一实例中，本文中概述的活动可用固定逻辑或可编程逻辑(例如，由处理器执行的软件/计算机指令)实施，且本文中识别的元件可以是一些类型的可编程处理器、可编程数字逻辑(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、ASIC，其包括数字逻辑、软件、代码、电子指令、闪存存储器、光盘、CD-ROM、DVD ROM、磁卡或光卡、适合于存储电子指令的其它类型的机器可读介质或其任何适当组合。
在操作中，滤波器设计工具10中的组件可包括一个或多个存储器元件(例如，存储器元件58、运算放大器数据库54)以存储将使用于实现如本文中概述的操作的信息。这些设备还可以在任何适当类型的非短暂性存储介质(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、现场可编程门阵列(FPGA)、EPROM、EEPROM等等)、软件、硬件或任何其它适当组件、设备、元件或对象中在适用之处且基于特定需求而保存信息。滤波器设计工具10中被追踪、发送、接收或存储的信息可基于特定需求和实施而被提供于任何数据库、寄存器、表、高速缓存、队列、控制列表或存储结构中，其所有均可在任何适当的时间帧内被引用。本文中讨论的任何存储器物品应被解译为涵盖在广义的术语“存储器元件”之内。类似地，本说明书中描述的任何潜在的处理元件、模块和机器应被解译为涵盖在广义术语“处理器”之内。
同样重要的是应注意，参考前述图而描述的操作和步骤仅图示可由系统执行或在系统内执行的一些可行场景。这些操作的一些可在适当之处被删除或移除，或这些步骤可在相当大程度上修改或更改，而不脱离所讨论的概念的范畴。此外，这些操作的时序可在相当程度上改变，且仍然实现本公开中教导的结果。已出于举例和讨论的目的而提供前述操作流程。系统提供大量灵活之处在于可提供任何适当的安排、年表、配置和时序机制而不脱离所讨论的概念的教导。
虽然已参考特定安排和配置而详细描述本公开，但是这些实例配置和安排可在很大程度上更改而不脱离本公开的范畴。例如，虽然已参考特定优化算法和某些用户界面配置而描述本公开，但是滤波器设计工具10可应用于其它算法或用户界面配置。此外，虽然已参考促进计算和显示处理的特定元件和操作而说明了滤波器设计工具10，但是这些元件和操作可被实现滤波器设计工具10的预期功能的任何适当架构或过程代替。
对于本领域技术人员而言，许多其它更改、取代、变化、变更和修改可为确定的，且预期本公开涵盖所有这些更改、取代、变化、变更和修改，宛如落入随附权利要求的范畴内般。为了帮助美国专利与商标局(USPTO)以及此外在本申请中发表的任何专利的任何阅读者诠释在此随附的权利要求，申请人希望注意的是，申请人：(a)除非词语“用于...的构件”或“用于...的步骤”明确使用于特定权利要求中，否则并非意图随附权利要求的任一要求调用35U.S.C.章节112的第六段(6)，因为所述第六段在其申请日期之前即已存在；和(b)并非意图在本说明书中以任何陈述以没有另外在随附权利要求中反映的任何方式限制本公开。

Claims (20)

1.一种由滤波器设计工具实现的方法，其包括：
通过用户界面接收模拟滤波器的滤波器参数，其中所述滤波器参数包括所述模拟滤波器的性能约束和涉及所述模拟滤波器的应用需求的优化参数；
对于所述优化参数优化所述滤波器，包括：
至少基于所述优化参数和经计算的所允许的增益带宽范围来选择运算放大器；
基于被优化的所述滤波器计算设计输出；和
将所述设计输出显示在所述用户界面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述优化参数选自包括以下项的组：噪声、电压范围、功率、特定组件选择、价格、大小、直流(DC)精确度、组件数和温度范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所允许的增益带宽范围是根据所述滤波器参数计算出的，其中所允许的范围通过所述优化参数来被修改。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所允许的增益带宽范围的计算包括：
基于所述优化参数设置频率倍数和允许的错误率；
识别模拟滤波器的级的阶数和类型；
基于级的阶数和类型针对每个级确定最小增益带宽、模拟滤波器的最小转换速率以及输出电阻和增益带宽的最大比(Rout/GBW)，其中所述最小增益带宽、模拟滤波器的最小转换速率以及输出电阻和增益带宽的最大比(Rout/GBW)通过所述频率倍数和允许的错误率被适当地修改。
5.根据权利要求1所述的方法，其中当包括滤波器设计过程中的某一步骤的第一页在所述用户界面中显示为激活页面时，包括所述滤波器设计过程中的先前步骤的第二页能够被选择以呈现为所述激活页面，且包括所述滤波器设计过程中的后续步骤的第三页在完成所述第一页中的步骤之前无法被选择以呈现为所述激活页面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述运算放大器包括：在数据库中识别其增益带宽在所允许的增益带宽范围内的运算放大器；以及
基于所述优化参数从所识别的运算放大器中选择运算放大器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述优化参数选择运算放大器包括：
如果所述优化参数是功率，则选择所识别的运算放大器中具有最低电源电流的一个运算放大器；
如果所述优化参数是噪声，则选择所识别的运算放大器中具有最低噪声的一个运算放大器；
如果所述优化参数是电压范围，则选择所识别的运算放大器中具有最大电压高度的一个运算放大器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器参数还包括参数群中所选的一个，所述群包括：
a)滤波器的类型；
b)滤波器响应类型；
c)所述滤波器中的运算放大器(op amp)的电源电压；和
d)一个或多个组件公差。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括通过所述用户界面接收查看参数，其中所述查看参数指定将要显示的所述设计输出。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述查看参数还包括参数群中所选的一个，所述群包括：
a)所述滤波器的频率响应的幅值；
b)所述滤波器响应的相位；
c)所述滤波器的阶跃响应；
d)级特性；
e)电路示意图；
f)噪声特性；
g)功率特性；
h)电压范围；
i)群延迟；
j)相位延迟；
k)极点和零点；和
1)脉冲响应。
11.一种由滤波器设计工具实现的装置，包括：
用于通过用户界面接收模拟滤波器的滤波器参数的单元，其中所述滤波器参数包括所述模拟滤波器的性能约束和涉及所述模拟滤波器的应用需求的优化参数；
用于对于所述优化参数优化所述滤波器的单元，包括：
用于至少基于所述优化参数和经计算的所允许的增益带宽范围来选择运算放大器的单元；
用于基于被优化的所述滤波器计算设计输出的单元；和
用于将所述设计输出显示在所述用户界面上的单元。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述优化参数选自包括以下项的组：噪声、电压范围、功率、特定组件选择、价格、大小、直流(DC)精确度、组件数和温度范围。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所允许的增益带宽范围是根据所述滤波器参数计算出的，其中所允许的范围通过所述优化参数来被修改。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所允许的增益带宽范围的计算包括：
基于所述优化参数设置频率倍数和允许的错误率；
识别模拟滤波器的级的阶数和类型；
基于级的阶数和类型针对每个级确定最小增益带宽、模拟滤波器的最小转换速率以及输出电阻和增益带宽的最大比(Rout/GBW)，其中所述最小增益带宽、模拟滤波器的最小转换速率以及输出电阻和增益带宽的最大比(Rout/GBW)通过所述频率倍数和允许的错误率被适当地修改。
15.根据权利要求11所述的装置，其中当包括滤波器设计过程中的某一步骤的第一页在所述用户界面中显示为激活页面时，包括所述滤波器设计过程中的先前步骤的第二页能够被选择以呈现为所述激活页面，且包括所述滤波器设计过程中的后续步骤的第三页在完成所述第一页中的步骤之前无法被选择以呈现为所述激活页面。
16.一种用于滤波器设计的装置，其包括：
存储器元件，其用于存储数据；和
处理器，其能够操作以执行与所述数据相关的指令，其中所述处理器和所述存储器元件共同协作使得所述装置被配置来：
通过用户界面接收模拟滤波器的滤波器参数，其中所述滤波器参数包括所述模拟滤波器的性能约束和涉及所述模拟滤波器的应用需求的优化参数；
对于所述优化参数优化所述滤波器，包括：
至少基于所述优化参数和经计算的所允许的增益带宽范围来选择运算放大器；
基于被优化的所述滤波器计算设计输出；和
将所述设计输出显示在所述用户界面上。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述优化参数选自包括以下项的组：噪声、电压范围、功率、特定组件选择、价格、大小、直流(DC)精确度、组件数和温度范围。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所允许的增益带宽范围是根据所述滤波器参数计算出的，其中所允许的范围通过所述优化参数来被修改。
19.根据权利要求16所述的装置，其中所允许的增益带宽范围的计算包括：
基于所述优化参数设置频率倍数和允许的错误率；
识别模拟滤波器的级的阶数和类型；
基于级的阶数和类型针对每个级确定最小增益带宽、模拟滤波器的最小转换速率以及输出电阻和增益带宽的最大比(Rout/GBW)，其中所述最小增益带宽、模拟滤波器的最小转换速率以及输出电阻和增益带宽的最大比(Rout/GBW)通过所述频率倍数和允许的错误率被适当地修改。
20.根据权利要求16所述的装置，其中当包括滤波器设计过程中的某一步骤的第一页在所述用户界面中显示为激活页面时，包括所述滤波器设计过程中的先前步骤的第二页能够被选择以呈现为所述激活页面，且包括所述滤波器设计过程中的后续步骤的第三页在完成所述第一页中的步骤之前无法被选择以呈现为所述激活页面。
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