CN116827306A - 一种锐截止有源低通滤波电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锐截止有源低通滤波电路，属于有源低通滤波技术领域，其包括相互级联设置的双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器，双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器相互级联之后组成双T有源陷波器，双T带阻滤波器包括由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器和由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17共同构成的第二双T带阻滤波器，由于其采用了双T有源陷波器提升了低通滤波器的截止特性，同时将双T带阻滤波器与低通滤波器和带通滤波器级联后可以改善截止频率附近的频率特性，进而抑制通道末端“峰值”及谐振，采用该电路可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，同时并不会影响信号采集系统的可靠性，具有较强的实用性。

Description

一种锐截止有源低通滤波电路

技术领域

本发明涉及低通滤波相关技术，尤其涉及一种锐截止有源低通滤波电路。

背景技术

低通滤波器分为无源滤波电路和有源滤波电路，其中无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。

常规的低通滤波器存在通带内具有“峰值”或者谐振，使得截止频率处的频率响应处在水平线之上，这种特性会使得后端信号采集模块获取的信号幅值在通带内不稳定或者得到的信号频带内混入不该有的信号。上述问题对信号分析带来较大困扰，浪费了后端数据处理资源，增加了运行成本。

有源滤波电路的负载不影响滤波特性，因此常用于信号处理要求高的场合。如中国专利CN103078602A所公开的有源滤波电路，一般由RC网络和集成运放组成，因而必须在合适的直流电源供电的情况下才能使用，同时还可以进行放大。但是常规的有源滤波电路存在通带内具有“峰值”或者谐振的问题，目前常用的方法为增加滤波器阶数，以达到抑制干扰信号的目的。但是，这种方案相对增加了系统的复杂程度，提高了产品成本，降低了可靠性，实用性较差。

发明内容

本发明实施例提供一种锐截止有源低通滤波电路，用于提升低通滤波器的截止特性，抑制通道末端“峰值”及谐振，可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，而且不会对原有系统的可靠性产生较大影响，实用性较强。

本发明实施例提供一种锐截止有源低通滤波电路包括相互级联设置的双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器，其中，所述双T带阻滤波器、所述低通滤波器和所述带通滤波器相互级联之后组成双T有源陷波器，所述双T带阻滤波器包括由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器和由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17共同构成的第二双T带阻滤波器，所述低通滤波器由R5、R6、C12相互连接组成，所述带通滤波器包括由R7、C13组成的高通滤波模块和由R8、C18组成的低通滤波模块，所述第一双T带阻滤波器与所述低通滤波器连接，所述低通滤波器与所述带通滤波器连接，所述带通滤波器与所述第二双T带阻滤波器连接。

可选的，所述第一双T带阻滤波器的中心频率为480Hz，所述第二双T带阻滤波器的中心频率为398Hz，所述低通滤波器和所述带通滤波器相互配合后的截止频率是1KHz。

可选的，电阻R1、R2并联之后与电容C11串联，电阻R1和电容C10并联，电容C10和电阻R3并联之后与电容C9串联，电阻R3和电容C11并联，电阻R2和电容C9并联之后与运算放大器U1的正输入端连接。

可选的，电容C8与电容C9并联之后再与电阻R2并联后连接运算放大器U1的正输入端，电容C8的另一端接地，运算放大器U1的输出端连接电阻R5。

可选的，电阻R6和电容C12串联之后与电阻R5并联连接，电容C12的另一端接地。

可选的，电阻R7的一端同时连接电阻R5和R6，电阻R7的另一端同时连接电容C13和电阻R8。

可选的，电阻R8和电容C18并联之后与运算放大器U2的正输入端连接，电容C18的另一端接地，电容C13的另一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R9和电容C14串联之后同时与运算放大器U2的负输入端和输出端连接。

可选地，电阻R9和电阻R10并联之后与电容C16串联，电容C14和电容C15并联之后与电阻R11串联，电阻R11和电阻R12串联之后与电容C16并联，电容C15和电容C17并联之后再与电阻R10并联，电容C17的另一端接地。

可选的，电阻R12与电容C16并联之后连接至运算放大器U3的输出端，电容C15和电容C17并联之后再与电阻R10并联后连接至运算放大器U3的正输入端。

可选的，运算放大器U3的输出端同时连接电阻R13和运算放大器U3的负输入端，电阻R13的另一端接地。

本发明提供的一种锐截止有源低通滤波电路包括相互级联设置的双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器，其中，双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器相互级联之后组成双T有源陷波器，所述双T带阻滤波器包括由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器和由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17共同构成的第二双T带阻滤波器，所述低通滤波器由R5、R6、C12相互连接组成，所述带通滤波器包括由R7、C13组成的高通滤波模块和由R8、C18组成的低通滤波模块，所述第一双T带阻滤波器与所述低通滤波器连接，所述低通滤波器与所述带通滤波器连接，所述带通滤波器与所述第二双T带阻滤波器连接，由于其采用了双T有源陷波器提升了低通滤波器的截止特性，同时将双T带阻滤波器与低通滤波器和带通滤波器级联后可以改善截止频率附近的频率特性，进而抑制通道末端“峰值”及谐振，采用该电路可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，同时并不会影响信号采集系统的可靠性，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明提供的一种锐截止有源低通滤波电路的结构示意图；

图2为现有技术中的锐截止有源低通滤波电路的频响图；

图3为本发明提供的锐截止有源低通滤波电路的频响图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

参考附图1、附图2和附图3所示，本发明实施例提供的一种锐截止有源低通滤波电路包括相互级联设置的双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器，其中，双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器相互级联之后组成双T有源陷波器，参考图1所示，双T带阻滤波器包括由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器和由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17共同构成的第二双T带阻滤波器，低通滤波器由R5、R6、C12相互连接组成，带通滤波器包括由R7、C13组成的高通滤波模块和由R8、C18组成的低通滤波模块，第一双T带阻滤波器与低通滤波器连接，低通滤波器与带通滤波器连接，带通滤波器与第二双T带阻滤波器连接。

本发明实施例提供的锐截止有源低通滤波电路，通过在信号通道前端增加双T有源陷波器，改善了有源低通滤波电路的截止特性，其后端再与低通滤波器和带通滤波器级联，进一步改善截止频率附近的频率特性。其中，第一双T带阻滤波器的中心频率为480Hz，第二双T带阻滤波器的中心频率为398Hz，低通滤波器和带通滤波器相互配合后的截止频率是1KHz，其相互配合可以实现本发明实施例的锐截止有源低通滤波电路的末端“峰值”及谐振频率的极大改善。而且，本发明实施例采用的带通滤波器通过将高通滤波模块和低通滤波模块级联，可以极大的进一步改善截止频率附近的频率特性。

参考图1所示，由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器中，电阻R1、R2并联之后与电容C11串联，电阻R1和电容C10并联，电容C10和电阻R3并联之后与电容C9串联，电阻R3和电容C11并联，电阻R2和电容C9并联之后与运算放大器U1的正输入端连接。电容C8与电容C9并联之后再与电阻R2并联后连接运算放大器U1的正输入端，电容C8的另一端接地，运算放大器U1的输出端连接电阻R5。由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器作为第一级滤波电路，如果仅仅采用双T带阻滤波器将会导致其Q值远远不能满足应用需求，为了解决该技术问题，本发明实施例创新性的在第一双T带阻滤波器的基础上使用一个运放作为跟随器，如此设置其Q值被大大提高，可以将第一双T带阻滤波器的中心频率fo可靠的保持在480Hz。

参考图1所示，由R5、R6、C12组成的低通滤波器中，电阻R6和电容C12串联之后与电阻R5并联连接，电容C12的另一端接地。由R7、C13组成的高通滤波模块中，电阻R7的一端同时连接电阻R5和R6，电阻R7的另一端同时连接电容C13和电阻R8。在R8、C18组成的低通滤波模块中，电阻R8和电容C18并联之后与运算放大器U2的正输入端连接，电容C18的另一端接地，电容C13的另一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R9和电容C14串联之后同时与运算放大器U2的负输入端和输出端连接。

本发明实施例提供的锐截止有源低通滤波电路，由R5、R6、C12组成的低通滤波器及R7、C13组成的高通滤波模块和R8、C18组成的低通滤波模块组成的带通滤波器相互级联之后组成第二级滤波电路，同时还需要在此基础上使用一个运放作为跟随器以使其满足应用要求，相互配合保证第二级滤波电路的截止频率fc可靠的保持在1KHz。

参考图1所示，由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17构成的第二双T带阻滤波器中，电阻R12与电容C16并联之后连接至运算放大器U3的输出端，电容C15和电容C17并联之后再与电阻R10并联后连接至运算放大器U3的正输入端。其中，第二双T带阻滤波器与第一双T带阻滤波器的工作原理相同，不同之处在于各个元器件的具体参数不同，进而使得第二双T带阻滤波器的中心频率为398Hz，可以使得该滤波器阻带快速收敛。

由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17构成的第二双T带阻滤波器作为第三级滤波电路，如果仅仅采用第二双T带阻滤波器同样也将会导致其Q值远远不能满足应用需求，为了解决该技术问题，本发明实施例创新性的在第二双T带阻滤波器的基础上使用一个运放U3作为跟随器，运算放大器U3的输出端同时连接电阻R13和运算放大器U3的负输入端，电阻R13的另一端接地，如此设置其Q值被大大提高，可以将第二双T带阻滤波器的中心频率fo可靠的保持在398Hz。

参考图2和图3所示，可以明显看出，本发明实施例的锐截止有源低通滤波器相对现有技术中的低通滤波器，其频响特性曲线的末端“峰值”和谐振相对现有技术军得到了极大的改善，且其信号带外截止特性更加明显。

本发明提供的一种锐截止有源低通滤波电路包括相互级联设置的双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器，其中，双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器相互级联之后组成双T有源陷波器，所述双T带阻滤波器包括由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器和由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17共同构成的第二双T带阻滤波器，所述低通滤波器由R5、R6、C12相互连接组成，所述带通滤波器包括由R7、C13组成的高通滤波模块和由R8、C18组成的低通滤波模块，所述第一双T带阻滤波器与所述低通滤波器连接，所述低通滤波器与所述带通滤波器连接，所述带通滤波器与所述第二双T带阻滤波器连接，由于其采用了双T有源陷波器提升了低通滤波器的截止特性，同时将双T带阻滤波器与低通滤波器和带通滤波器级联后可以改善截止频率附近的频率特性，进而抑制通道末端“峰值”及谐振，采用该电路可以大大降低信号采集电路的系统复杂度，同时并不会影响信号采集系统的可靠性，具有较强的实用性。

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 (10)

1.一种锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，所述锐截止有源低通滤波电路包括相互级联设置的双T带阻滤波器、低通滤波器和带通滤波器，其中，所述双T带阻滤波器、所述低通滤波器和所述带通滤波器相互级联之后组成双T有源陷波器，所述双T带阻滤波器包括由R1、R2、R3、C9、C10、C11共同构成的第一双T带阻滤波器和由R9、R10、R11、R12、C14、C15、C16、C17共同构成的第二双T带阻滤波器，所述低通滤波器由R5、R6、C12相互连接组成，所述带通滤波器包括由R7、C13组成的高通滤波模块和由R8、C18组成的低通滤波模块，所述第一双T带阻滤波器与所述低通滤波器连接，所述低通滤波器与所述带通滤波器连接，所述带通滤波器与所述第二双T带阻滤波器连接。

2.根据权利要求1所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，所述第一双T带阻滤波器的中心频率为480Hz，所述第二双T带阻滤波器的中心频率为398Hz，所述低通滤波器和所述带通滤波器相互配合后的截止频率是1KHz。

3.根据权利要求1或2所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，电阻R1、R2并联之后与电容C11串联，电阻R1和电容C10并联，电容C10和电阻R3并联之后与电容C9串联，电阻R3和电容C11并联，电阻R2和电容C9并联之后与运算放大器U1的正输入端连接。

4.根据权利要求3所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，电容C8与电容C9并联之后再与电阻R2并联后连接运算放大器U1的正输入端，电容C8的另一端接地，运算放大器U1的输出端连接电阻R5。

5.根据权利要求1或2所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，电阻R6和电容C12串联之后与电阻R5并联连接，电容C12的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，电阻R7的一端同时连接电阻R5和R6，电阻R7的另一端同时连接电容C13和电阻R8。

7.根据权利要求6所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，电阻R8和电容C18并联之后与运算放大器U2的正输入端连接，电容C18的另一端接地，电容C13的另一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R9和电容C14串联之后同时与运算放大器U2的负输入端和输出端连接。

8.根据权利要求7所述的锐截止有源低通滤波器，其特征在于，电阻R9和电阻R10并联之后与电容C16串联，电容C14和电容C15并联之后与电阻R11串联，电阻R11和电阻R12串联之后与电容C16并联，电容C15和电容C17并联之后再与电阻R10并联，电容C17的另一端接地。

9.根据权利要求8所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，电阻R12与电容C16并联之后连接至运算放大器U3的输出端，电容C15和电容C17并联之后再与电阻R10并联后连接至运算放大器U3的正输入端。

10.根据权利要求10所述的锐截止有源低通滤波电路，其特征在于，运算放大器U3的输出端同时连接电阻R13和运算放大器U3的负输入端，电阻R13的另一端接地。