CN109302163A - 一种改进型抗混叠滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于滤波器技术领域，尤其涉及一种改进型抗混叠滤波电路，包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八电阻，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容，第五电容，第六电容，第七电容，第八电容，运算放大单元和电路第一节点，第二节点，第三节点，第四节点；本发明具有以下优点：1、电路结构简单，易实现。2、电路可调增益。3、单个电路可加前级滤波电路提高滤波效果，多个电路可级联。4、改进电路之后，既可以保证通带平坦，又提高了矩形系数。5、由单端负反馈放大电路改进为差分负反馈放大电路之后，因电路对称，具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

Description

一种改进型抗混叠滤波电路

技术领域

本发明涉及滤波器技术领域，具体指一种改进型抗混叠滤波电路。

背景技术

滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号处理、数据传输的干扰抑制等方面。矩形系数(KxdB＜1)是表征滤波器选择性好坏的一个参量，它描述了滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度，计算公式为KxdB＝BWxdB/BW3dB，(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。一般情况下，在过采样系统中抗混叠滤波器是低通滤波器，用以将被采样信号中的混叠频率分量降低到很小的程度。在高端的仪器仪表领域中，每个产品的核心部件和电路都有着高要求的指标。滤波器的性能和指标决定了后续信号处理的难度，数据传输的安全性和信号抗干扰能力，在一定程度上决定了整个系统性能和指标。在现今的高精度测试要求下，需要高矩形系数等指标的抗混叠滤波器，因此，改进滤波器在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度，提高矩形系数成为了待解决的问题。

发明内容

传统多重负反馈滤波器虽然结构简单，但是滤波效果不理想，矩形系数很小，远远达不到高端滤波器的指标要求。针对上述问题，本发明提供一种改进型抗混叠滤波电路，在多重负反馈滤波器的基础上，进行优化改进，既可以保持平坦，又使过渡带下降的坡度变得很陡，滤波器的选频特性变好。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种改进型抗混叠滤波电路，包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八电阻，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容，第五电容，第六电容，第七电容，第八电容，运算放大单元和电路第一节点，第二节点，第三节点，第四节点；第一电阻串接在运算放大单元的输出信号正端和第一节点之间；第二电阻串接在第一节点和第二节点之间；第三电阻串接在第一节点和运算放大单元反向输入端之间；第四电阻串接在第三节点和第四节点之间；第五电阻串接在第四节点和运算放大单元正向输入端之间；第六电阻串接在运算放大单元的输出信号负端和第四节点之间；第七电阻串接在第二节点和输入信号负端之间；第八电阻串接在第三节点和输入信号正端之间。第一电容串接在运算放大单元反向输入端和运算放大单元的输出信号正端之间；第二电容串接在第一节点和第四节点之间；第三电容串接在运算放大单元正向输入端和运算放大单元的输出信号负端之间；第四电容串接在第二节点和第三节点之间；第五电容串接在第二节点和接地端之间；第六电容串接在第三节点和接地端之间；第七电容串接在第一节点和接地端之间；第八电容串接在第四节点和接地端之间。

作为本发明一种优选技术方案，运算放大单元为对电压具有高放大倍数的电路单元。

作为本发明一种优选技术方案，运算放大单元包括正向输入端，反向输入端，输出端，以及电源端。

在传统多重负反馈滤波器电路中增加第七电容、第八电容接地，滤波器截止频率(下降3dB频率点)变小，品质因素Q值变大，通带截频处增益变大，频带曲线变陡。

在传统多重负反馈滤波器电路中增加第四电容、第五电容、第六电容、第七电阻、第八电阻，该部分电路等效于阻容滤波电路，过渡带和阻带频率受到抑制，整个频带曲线变平滑。

完整的发明电路包含上述两部分，既可以保证滤波特性曲线的通带平坦，又提高了矩形系数，过渡带曲线变陡峭。

在本发明电路的信号输入前端增加一级到多级阻容滤波电路。此电路可以增强滤波效果，滤波特性曲线陡峭而平滑。

3、在上述电路基础上进行级联。此电路可以增加通带截频处的陡峭程度，矩形系数更高，滤波选频特性更好。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、电路结构简单，易实现。

2、电路可调增益。

3、单个电路可加前级滤波电路提高滤波效果，多个电路可级联。

4、改进电路之后，既可以保证通带平坦，又提高了矩形系数。

5、由单端负反馈放大电路改进为差分负反馈放大电路之后，因电路对称，具有很强的抑制零点漂移及抑制噪声与干扰的能力。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是传统多重负反馈低通滤波电路的原理图。

图2是本发明第一实施方式的多重负反馈低通滤波电路的原理图。

图3是本发明第二实施方式的多重负反馈低通滤波电路的原理图。

图4是本发明第三实施方式的多重负反馈低通滤波电路的原理图。

图5是传统多重负反馈低通滤波电路的效果图。

图6是本发明第一实施方式的低通滤波电路的效果图。

图中标号：U1、第一级运算放大器；V1、带噪声的输入信号源；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；C6、第六电容；C7、第七电容；C8、第八电容；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的传统多重负反馈低通滤波实施方案中，电阻R3和电容C1组成一个积分器，R2和C2组成一个低通滤波器，电阻R1和电阻R2使单通道呈负反馈放大特性。

如图5所示，为传统多重负反馈低通滤波电路的幅频响应实测图，通频带内的频率响应曲线平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降。滤波效果不是很理想，矩形系数很小，过渡带下降平缓。

如图2所示是本发明第一实施方案，本发明电路对传统多重负反馈低通滤波电路进行改进，使得整体滤波电路的滤波特性更好。

如图6所示，为第一实施方案的幅频响应实测图。

比较图5和图6的频率响应曲线(图中上方的曲线是传统多重负反馈低通滤波电路的频率响应曲线，下方的曲线是改进后的多重负反馈低通滤波电路的幅频特性曲线)，以滤波通带点100KHz为基准，传统多重负反馈低通滤波电路在1MHz频率点的衰减为8.66dB，3dB带宽550KHz左右，20dB带宽1950KHz左右；改进后的多重负反馈低通滤波电路第一实施方案在1MHz频率点衰减为31dB，3dB带宽200KHz左右，20dB带宽650KHz左右。频率响应曲线可以保持通带平坦，过渡带下降的坡度又变得很陡，滤波器的选频特性变好。

如图3所示是本发明第二实施方案，在差分信号输入端前再加多级滤波电路(图中第八电阻、第九电阻、第九电容、第十电容、第十一电容组成的电路是只加了一级的滤波电路)。与第一实施方案相比，该方案在保持平坦度的前提下提高了矩形系数，滤波效果更好。

如图4所示是本发明第三实施方案，采用第二实施方案的电路进行级联。与第二实施方案相比，级联电路具有更高的矩形系数，下降的坡度更陡。

本发明在多重负反馈滤波器的基础上，进行优化改进，既可以保持平坦，过渡带下降的坡度又变得很陡，滤波器的选频特性变好。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种改进型抗混叠滤波电路，其特征在于，包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八电阻，第一电容，第二电容，第三电容，第四电容，第五电容，第六电容，第七电容，第八电容，运算放大单元和电路第一节点，第二节点，第三节点，第四节点；第一电阻串接在运算放大单元的输出信号正端和第一节点之间；第二电阻串接在第一节点和第二节点之间；第三电阻串接在第一节点和运算放大单元反向输入端之间；第四电阻串接在第三节点和第四节点之间；第五电阻串接在第四节点和运算放大单元正向输入端之间；第六电阻串接在运算放大单元的输出信号负端和第四节点之间；第七电阻串接在第二节点和输入信号负端之间；第八电阻串接在第三节点和输入信号正端之间。第一电容串接在运算放大单元反向输入端和运算放大单元的输出信号正端之间；第二电容串接在第一节点和第四节点之间；第三电容串接在运算放大单元正向输入端和运算放大单元的输出信号负端之间；第四电容串接在第二节点和第三节点之间；第五电容串接在第二节点和接地端之间；第六电容串接在第三节点和接地端之间；第七电容串接在第一节点和接地端之间；第八电容串接在第四节点和接地端之间。

2.根据权利要求1所述的一种改进型抗混叠滤波电路，其特征在于，所述运算放大单元为对电压具有高放大倍数的电路单元。

3.根据权利要求2所述的一种改进型抗混叠滤波电路，其特征在于，所述运算放大单元包括正向输入端，反向输入端，输出端，以及电源端。