2 带通滤波器设计

大家好，欢迎回到 我们的视频系列：

“探索使用 TI 滤波器 设计工具的有源滤波器

设计”。

在本例中， 我们将探索

一对带通滤波器的 设计，来实施

DTMF 接收器滤波器 组的一部分。

DTMF，即双音 多频信令，

最初用于传输 电话按键系统的

按键信号。

它使用两个 不同频率的

正弦波的叠加 来实现

显示的真值表。

对于本例，我们将实施

一对窄带通滤波器，

中心频率为 1209 赫兹 和 697 赫兹，

来检测何时传输了按 1 键信号。

我们将通过应用 以下输入并观察反应，

来测试我们的电路。

我们假定使用 ±5 伏

电源轨。

我们的滤波器 将具有非常窄的通带，

以确保下一个最近 的相邻频率不会

造成误报。

我们将通过使用高阶 滤波器，以及

非常陡峭的滚降 来实现这一点。

现在，让我们继续介绍 TI 滤波器设计工具。

我们将从 697 赫兹的 带通开始。

我们选择增益 0 并且 中心频率 697 赫兹。

我们选择一个非常窄的 通带带宽 15 赫兹，

确保下一个 最近的信号

频率 770 赫兹

不会导致误报。

为此，我们将改变 滤波器阶数，

从自动改为八阶，以强制 使用非常窄的通带，

以及非常陡峭的滚降。

我们的阻带带宽将 自动设置为 150 赫兹。

我们将选择 巴特沃斯滤波器，

因为它具有比贝赛尔 滤波器更陡峭的滚降，

而不表现出 切比雪夫滤波器的

通带纹波特性。

由于是高阶滤波器，

我们需要 在四个阶段实施它。

因此，为了降低 设计复杂性，

我们将使用 多反馈拓扑。

这比 Sallen-Key 拓扑 需要更少的

无源组件。

为了保护我们的 设计完整性，

我们将需要 具有极高容差的组件。

虽然高容差电容器 昂贵且很难找到，

但高容差电阻器 相对而言

更丰富、更便宜。

因此，我们将设置 电阻器容差为 0.5%。

这大大减少了 滤波器性能的变化，

如图所示。

一旦设计已更新，

我们将把它导出到 TINA-TI 设计，和以前一样。

我们将实施 1209 赫兹带通，

与我们对 697 赫兹滤波器的 操作非常类似，

只是这次通带中心频率 将为 1209 赫兹，

通带带宽 将为 25 赫兹。

我们将再次使用 多反馈拓扑中的

八阶巴特沃斯 滤波器。

我们将默认 OPA828 替换为

我们用于 697 赫兹 滤波器的相同 OPA2156，

并仔细检查 幅度和频率图。

请记住，最近的 相邻频率

是 941 赫兹和 1336 赫兹，所以我们

想确保在这些 频率时或附近

有足够的衰减。

一旦我们对 设计满意，

我们将把它导出到 TINA-TI 设计，

这样我们就可以模拟它了。

我们将首先对 697 赫兹滤波器

执行交流扫描。

在 697 赫兹，我们获得 -3.32dB 的衰减，

和 -357 度相移。

在这一点之后，增益 开始急剧滚降。

在最相邻的频率 770 赫兹时，

衰减为 -78dB。

通带中的衰减并不理想，

但阻带中的滚降 非常出色。

接下来，我们将测试我们的 1209 赫兹滤波器，再次使用交流扫描。

在 1209 赫兹时，我们 获得 5dB 的增益

和 -353 度相移。

再一次， 滚降非常出色，

这要归功于我们的 高滤波器阶数。

该电路显示了 697 赫兹和 1209 赫兹

以更紧凑的方式 实施的带通滤波器。

我们的测试用例是 通过使用时控开关

模拟实施的。

如图所示， 当应用的低频或高频分量

位于通带之外时，

滤波器输出将变为 0。

注意输入变化之间有 明显的延时时间，

并成功衰减至峰值的

大约 10%。

这是根据滤波器设计 工具群延时估算功能

预测的。

另请注意，尽管 输入信号是

5 伏峰峰值，但 由于各个滤波器的

衰减和增益不同， 697 赫兹带通的输出

和 1209 赫兹带通的输出

会有所不同。

通过向直流电路中 添加一些简单的交流电路

和求和放大器， 滤波器输出可以合并，

以生成可定期采样的 逻辑信号，

从而确定是否 已发送按 1 键信号。

这还允许 进行增益调节，

来解决两个滤波器的 不均匀

通带衰减。

如图所示，按 1 键信号 可以定期采样。

如果其值大于 3.3 伏等阈值，

这意味着传输了 按 1 键操作。

如果 697 赫兹低频分量

和 1209 赫兹 高频分量不是

同时传输的， 很明显，按 1 键

将不会高于该 3.3 伏阈值。

我们还将使用如图所示的 交流扫描对电路进行模拟。

因为按 1 键是 697 赫兹滤波器

和 1209 赫兹滤波器 的响应之和，

其增益峰值对应于 这些滤波器通带

频率。

我们的示例到此结束， 其中展示了

如何借助 TI 滤波器设计工具 设计的带通滤波器，

实施 DTMF 接收器滤波器组。

在我们的下一个也是 最后一个例子中，我们将

探索有源音频 交叉制造的设计，

高通、低通和全通滤波器的使用，

并且全部滤波器都是使用 TI 滤波器设计工具创建的。

大家好，欢迎回到 我们的视频系列：

“探索使用 TI 滤波器 设计工具的有源滤波器

设计”。

在本例中， 我们将探索

一对带通滤波器的 设计，来实施

DTMF 接收器滤波器 组的一部分。

DTMF，即双音 多频信令，

最初用于传输 电话按键系统的

按键信号。

它使用两个 不同频率的

正弦波的叠加 来实现

显示的真值表。

对于本例，我们将实施

一对窄带通滤波器，

中心频率为 1209 赫兹 和 697 赫兹，

来检测何时传输了按 1 键信号。

我们将通过应用 以下输入并观察反应，

来测试我们的电路。

我们假定使用 ±5 伏

电源轨。

我们的滤波器 将具有非常窄的通带，

以确保下一个最近 的相邻频率不会

造成误报。

我们将通过使用高阶 滤波器，以及

非常陡峭的滚降 来实现这一点。

现在，让我们继续介绍 TI 滤波器设计工具。

我们将从 697 赫兹的 带通开始。

我们选择增益 0 并且 中心频率 697 赫兹。

我们选择一个非常窄的 通带带宽 15 赫兹，

确保下一个 最近的信号

频率 770 赫兹

不会导致误报。

为此，我们将改变 滤波器阶数，

从自动改为八阶，以强制 使用非常窄的通带，

以及非常陡峭的滚降。

我们的阻带带宽将 自动设置为 150 赫兹。

我们将选择 巴特沃斯滤波器，

因为它具有比贝赛尔 滤波器更陡峭的滚降，

而不表现出 切比雪夫滤波器的

通带纹波特性。

由于是高阶滤波器，

我们需要 在四个阶段实施它。

因此，为了降低 设计复杂性，

我们将使用 多反馈拓扑。

这比 Sallen-Key 拓扑 需要更少的

无源组件。

为了保护我们的 设计完整性，

我们将需要 具有极高容差的组件。

虽然高容差电容器 昂贵且很难找到，

但高容差电阻器 相对而言

更丰富、更便宜。

因此，我们将设置 电阻器容差为 0.5%。

这大大减少了 滤波器性能的变化，

如图所示。

一旦设计已更新，

我们将把它导出到 TINA-TI 设计，和以前一样。

我们将实施 1209 赫兹带通，

与我们对 697 赫兹滤波器的 操作非常类似，

只是这次通带中心频率 将为 1209 赫兹，

通带带宽 将为 25 赫兹。

我们将再次使用 多反馈拓扑中的

八阶巴特沃斯 滤波器。

我们将默认 OPA828 替换为

我们用于 697 赫兹 滤波器的相同 OPA2156，

并仔细检查 幅度和频率图。

请记住，最近的 相邻频率

是 941 赫兹和 1336 赫兹，所以我们

想确保在这些 频率时或附近

有足够的衰减。

一旦我们对 设计满意，

我们将把它导出到 TINA-TI 设计，

这样我们就可以模拟它了。

我们将首先对 697 赫兹滤波器

执行交流扫描。

在 697 赫兹，我们获得 -3.32dB 的衰减，

和 -357 度相移。

在这一点之后，增益 开始急剧滚降。

在最相邻的频率 770 赫兹时，

衰减为 -78dB。

通带中的衰减并不理想，

但阻带中的滚降 非常出色。

接下来，我们将测试我们的 1209 赫兹滤波器，再次使用交流扫描。

在 1209 赫兹时，我们 获得 5dB 的增益

和 -353 度相移。

再一次， 滚降非常出色，

这要归功于我们的 高滤波器阶数。

该电路显示了 697 赫兹和 1209 赫兹

以更紧凑的方式 实施的带通滤波器。

我们的测试用例是 通过使用时控开关

模拟实施的。

如图所示， 当应用的低频或高频分量

位于通带之外时，

滤波器输出将变为 0。

注意输入变化之间有 明显的延时时间，

并成功衰减至峰值的

大约 10%。

这是根据滤波器设计 工具群延时估算功能

预测的。

另请注意，尽管 输入信号是

5 伏峰峰值，但 由于各个滤波器的

衰减和增益不同， 697 赫兹带通的输出

和 1209 赫兹带通的输出

会有所不同。

通过向直流电路中 添加一些简单的交流电路

和求和放大器， 滤波器输出可以合并，

以生成可定期采样的 逻辑信号，

从而确定是否 已发送按 1 键信号。

这还允许 进行增益调节，

来解决两个滤波器的 不均匀

通带衰减。

如图所示，按 1 键信号 可以定期采样。

如果其值大于 3.3 伏等阈值，

这意味着传输了 按 1 键操作。

如果 697 赫兹低频分量

和 1209 赫兹 高频分量不是

同时传输的， 很明显，按 1 键

将不会高于该 3.3 伏阈值。

我们还将使用如图所示的 交流扫描对电路进行模拟。

因为按 1 键是 697 赫兹滤波器

和 1209 赫兹滤波器 的响应之和，

其增益峰值对应于 这些滤波器通带

频率。

我们的示例到此结束， 其中展示了

如何借助 TI 滤波器设计工具 设计的带通滤波器，

实施 DTMF 接收器滤波器组。

在我们的下一个也是 最后一个例子中，我们将

探索有源音频 交叉制造的设计，

高通、低通和全通滤波器的使用，

并且全部滤波器都是使用 TI 滤波器设计工具创建的。