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一种低噪声宽带低通有源滤波器的安排

  摘 要:本文先容了将幅值为0.1V 的1MHz方波进程滤波不失线MHz信号的一种

  正在航天遥感体系中,往往要对单薄的信号(平淡小于1mV)实行统治,而单薄的模仿信号正在放大流程中极易受到滋扰,使传送中的信号幅值或相位产生畸变,是以,有需要对模仿信号做零漂矫正、滤波等统治。另一方面,模仿信号和数字信号往往正在一个高速体系中共存,较强的数字信号容易通过各样耦合途径滋扰较弱的模仿信号。本文所描画的体系将模仿高频单薄信号正在存正在数字时钟信号的境况下进程模仿输入信道放大、滤波统治,计划了一种低噪声、高宽带的。

  依照计划哀求,将幅值为0.1V 的1MHz方波(上升沿tr正在10ns~20ns之间)进程滤波不失线ns之间),哀求小信号由体系自身爆发。如此可能将体系发轫分为两大个人:信号爆发个人及信号统治个人。小信号是由数字电途输出的电平为5V的信号通过衰减搜集爆发的,而信号的统治个人则由放大电途及模仿滤波器构成,体系的框图如图1所示。

  对付单薄信号的统治,噪声是最大的限制身分。为了将噪声胁制到最低,务必苛肃左右每级电途所引入的各样噪声,合头正在于若何正在这么宽的事业频带中,将各样噪声胁制到最小,又不行将信号中所需的高频谐波分量滤去。

  天生的方波信号务必满意低噪声哀求且上升沿要尽能够陡少少,这里采用1000MHz的有源晶振爆发所需求的1MHz信号。用16进制计数器161筑立了一个简易的分频电途,可能获得某些低频分量,并用于检测滤波器的通带特征,这些频率源于1MHz信号,是以可用于检测是否产生了数模滋扰(1MHz信号串进了低频信号),若是产生了数模滋扰,进程放大后,正在终末输出端很容易看到受滋扰的波形。

  输入信道由衰减器和伴随器构成。为了清扫电阻对地的杂散电容及散布电容的影响,本文采用了阻容并联式衰减器,如图2所示。这一级的电途十分主要,它直接影响着后续电途。1MHz方波所包蕴的谐波分量很丰厚,要使噪声尽能够低且波形边沿峻峭,正在这一级务必使完全的频谱分量尽能够等比例衰减。

  电压伴随用具有高输入阻抗、低输出阻抗的特色,正在这里起阻抗变换及阻隔影响。以100mV为稳态值,法则从稳态值的10%上升到90%所需岁月为10ns,则伴随器所需的压摆率为SR=8V/ms。这里采用的电压伴随器是LM310,其苛重参数如下:压摆率为30V/ms,小信号频宽为20MHz,输入阻抗为1000GW,输出阻抗为0.75W。

  将0.1V的小信号放大到2.5V,需求约28dB的增益。对运算放大器来说,单元增益时的事业带宽最大,而跟着增益的提升,其事业频带将变窄。为此将放大电途分为两级,分辩置于滤波器的前后。这里 采用反相放大器对输入的小信号实行预放大。道理如图4所示。

  放大倍数Av=-Rf/R1,取Rf=25kW,R1为2kW的可调电阻,如此可能调治该级的增益。同相端接入输入偏置电流积累电阻R2,尽量消浸直流漂移所形成的影响。选用低噪声、低漂移以及高速、宽带型运放。若从稳态值(2.5V)的10%上升到90%的岁月定为20ns,则所需运放的压摆率为SR=100V/ms。是以应选用压摆率高于100V/ms的运放。正在放大电途膺选用AD8011,其苛重参数如下:压摆率2000V/ms,G=+1,3db带宽为300MHz;G=+2,3db带宽为180MHz;G=-10,3db带宽为140MHz,输入电压噪声(f=10kHz)为等。

  采用集成运算放大器构成有源滤波器,将方波展成傅氏级数,通过MATLAB计划带宽:正在19MHz带宽时,从低电平开首上升(稳态值设为1),正在4ns时上升到0.1040,正在22ns上升到0.9144,如此上升沿岁月惟有18ns,外面上可能满意上升沿哀求。而由体味公式可得信号带宽为f=1/2t=25MHz,研讨到构成电途的差错,加大了带宽的富余量,将体系带宽定为30MHz。

  巴特沃斯滤波器可近似获得一种含有适宜衰减陡度的瞬态特征,其组件值计划简易。其它,这里哀求滤波器的瞬态特征较好,失真小,对过渡带衰减的哀求并不苛肃,而对巴特沃斯的非线性相位,可能正在输出端计划一平衡延迟搜集积累滤波器延迟弧线,使总的延迟具有所需求的平缓度。是以,选用巴特沃斯型滤波器。

  从电途的竣工式样来看,常用的有压控电源型(VCVS)滤波器、无穷增益众途反应型(MFB)滤波器等。压控电压源电途中的集成运放为同相输入接法,是以滤波器的输入阻抗很高,输出阻抗很低,滤波器相当于一个电压源,具有电途职能安宁,增益容易医治的好处。是以本文采用VCVS型滤波器。

  用3个VCVS 2阶节串联成6阶巴特沃斯滤波器,正在归一化频率W=2rad/s处可能获得高于35dB的衰减。设截止频率fc=30MHz,查外获取归一化6阶巴特沃斯滤波器的顶点位子如下:

  频率标度系数FSF=2pfc,阻抗标定系数为Z=100(R取100W),操纵合联式:

  为了使输入信号的失真最小,生机有固定的延时。为了坚持延时稳定,需求延时平衡器。道理如图5所示。

  图5a所示模子的转达函数为:,若是T(s)是具有转达函数为SCR/(SCR+1)的RC高通搜集,则总的转达函数变为:

  可睹,正在直流要求下,延时最大,为Tgd(DC)=2RC;当w=1/RC时,相移为-90辉谥绷骱臀尴薮笃德适保嘁品直鹎鹘??180J筊 可调,就可能获得相移正在0麀-180涞目傻鞯娜ㄍ纭U饫顲取5pF,R取10kW可调电阻,R1取2kW。

  依照上面的计划思念和计划所得的电途参数,根据抗滋扰的准则实行PCB布线、制板,之后逐级装置各个组件、逐级测试,终末实行体系调试。终末获得的输出信号结果如图6所示,输出信号的上升岁月为 29.5ns;降低岁月为26.4ns;噪声电平为18mV;过冲为5%;3dB带宽为30MHz;信号峰-峰值(Vpp)为2.56V;齐全到达了体系计划所提出来的目标。■

  1. 何希才,刘洪梅.新型通用集成电途适用技艺.北京:邦防工业出书社,1997

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