3 高通、低通和全通滤波器设计
Loading the player...
将在30s后自动为您播放下一课程
大家好，欢迎观看 本系列最后一期 关于使用 TI 滤波器设计工具 设计有源滤波器的视频。 在本例中， 我们将探索如何使用 高通、低通和 全通滤波器， 针对扬声器系统实施 四阶 Linkwitz-Riley 有源音频分频器。 有源分频器使用有源 元件，例如音频级 运算放大器，而不是 电感器和电容器 来将一对扬声器的 输入音频信号分成高频 和低频分量。 高音扬声器用于播放 高频音频， 低音扬声器 用于产生低频分量。 一些分频器引入了 第三个通道，即中频， 来处理低频到中频， 同时将低音扬声器 替换为低音炮， 专用于生成最低频率。 虽然这种布置有优缺点， 但在本例中，我们将坚持 使用相对简单的 双扬声器布置。 本例基于 TI 出色的精密设计， 设计者为 John Caldwell， 但我们不会在这里 详细介绍。 我们将实施一个 Linkwitz-Riley 分频器， 从技术上来说， 它不是一种滤波器， 而是滤波器布置， 其中利用了巴特沃斯 高通滤波器和低通滤波器， 且为它们使用相同的 极点频率。 如果作为高通滤波器和 低通滤波器的两个相同 巴特沃斯滤波器 都进行级联， 因此总共使用四个滤波器， 那么结果会得到 一个四阶高通滤波器和 一个四阶低通滤波器。 这两个四阶滤波器 统称为 四阶 Linkwitz-Riley 分频器。 这种布置的优势是双重的。 首先，假设低通滤波器 和高通滤波器 具有相同的极点频率， 高通和低通相位 响应将相差 360 度， 与同相时相同。 这意味着高音扬声器 和低音扬声器 输出之间没有相位差。 其次，滤波器输出 在整个分频区域中的 总和为 0dB，这意味着 在两个扬声器之间 将实现平稳切换或过渡， 而不是在分频点上 存在同轴 幅度差。 我们假设使用 ±5 伏电源， 而且低音扬声器 直径为 5 英寸， 高音扬声器直径为 1 英寸， 且低音扬声器 深度为 1.5 英寸。 我们还将实施 全通滤波器 以考虑扬声器外壳内的 高音扬声器和 低音扬声器之间的 中心间距。 我们估计间距 为 8 英寸。 我们将针对 10 英尺的 收听距离进行优化。 我们的滤波器设计 将以 2.2 千赫兹 分频点为目标。 我们将在 分频器设计中 以这些规格为目标。 我们将首先使用 TI 滤波器设计 程序来实施二阶 巴特沃斯滤波器 组件。 首先，我们将创建 低通滤波器。 我们的极点频率 将为 2.2 千赫兹， 我们将使用 多反馈拓扑。 我们需要将运算放大器更改为 使用 spice 模型的某个值， 以便将原理图 导出到 TINA-TI。 我们在此阶段 选择的实际部分 并不重要，因为我们 会在最终电路中 将其手动更改为 OPA1656。 现在，我们将使用 相同的设计原理 创建高通滤波器。 我们的极点频率 是 2.2 千赫兹， 然后我们使用 Sallen-Key 拓扑。 我们需要再次选择 替代运算放大器， 以便导出设计。 我们需要的最后一个 滤波器是全通滤波器， 用于延时补偿。 在本例中，我们希望 将高音扬声器输出 或高通滤波器输出 延时 130 微秒。 但是，这种延时实际上 只在如下频率时需要： 低音扬声器处于激活状态， 以确保低音扬声器 和高音扬声器输出 不会相互 破坏性地异相。 一旦低音扬声器 振幅滚降， 延时也可以滚降， 因为在这些较高频率下， 低音扬声器的输出 将会相比于高音扬声器的输出 如此衰减，从而不再 存在明显的 相消干涉风险。 因此，我们将 转角频率设置为 分频频率。 理论上，我们可以使用 人类听力的上限， 22 千赫兹，确保 在整个可闻范围内 有一致的延时， 但这需要使用 非常高阶的滤波器。 因为微秒范围内的 延时差 是人类的耳朵 无法察觉的， 不会有任何 明显改善。 为了确保滚降 不会太早开始， 我们将强制 滤波器设计工具 使用三阶设计。 我们将选择使用 spice 模型的运算放大器， 以便我们可以将设计 导出到 TINA-TI， 稍后我们可以手动将放大器 替换为所需的 OPA1656。 我们将模拟 我们导出到 TINA-TI 中的电路， 以验证它们。 请注意，我们对滤波器 设计工具导出的 默认电路 做了一些更改， 以便将运算放大器 替换为 OPA1656。 我们将在整个 可闻范围内执行 交流传输特性扫描。 如图所示， 在 2.2 千赫兹时， 出现 -3dB 点， 对应于 +90 度 相移。 当滤波器 与自身级联时， 相移将变为 +180 度。 接下来，我们将再次 测试高通滤波器， 将默认放大器 替换为 OPA1656。 如图所示，在 2.15 千赫兹时 出现 -3dB 点， 而不是所需的 2.2 千赫兹点。 我们模拟最终 集成的分频器设计时， 这种情况的影响 是显而易见的。 请注意，相位在大约 2.2 千赫兹时是 -90 度。 当滤波器 与自身级联时， 相移将变为 -180 度， 这与级联低通响应 相差 360 度。 将导致两个输出 有效地彼此同相。 最后，我们将模拟 全通滤波器。 我们感兴趣的是 相位和群延时图。 接下来，我们将 每一个低通滤波器 和高通滤波器 与其自身级联， 从而产生四阶高通 和四阶低通。 此处更简洁地 显示了这些滤波器。 我们将再次通过 对人类可闻范围 执行扫描来测试它们。 该图还显示另一条线， 是求和线。 这表示低通和 高通滤波器 输出的和。 求和线并不是 完全平坦的， 而是有一个小驼峰， 恰好在预期的 分频频率之前发生。 这是因为高通和 低通滤波器的极点频率 没有完全对齐。 即便如此，求和线中的 这个小泡泡或驼峰 在很大程度上 是无法察觉的， 在将各种曲线 合并到一个图中时 可以观察到。 请注意两个滤波 网络的相位响应 几乎是相同的。 还可以清楚地看到 全通滤波器的输出， 跟随高通滤波器走势， 没有可察觉的 增益或衰减， 但会引入相位延时。 如果我们分割曲线， 就会变得清晰， 低通滤波器和高通 滤波器的相位响应 在功能上是相同的。 另一种有趣的 电路测试方法 是应用一个指数级增加的 扫频正弦输入。 我们实际上可以 侦听输入和输出 波形以进行 声音确认， 检查电路是否 按预期工作。 我们有关使用 TI 滤波器 设计工具设计有源滤波器的 视频系列到此结束了。 谢谢观看。 要查找更多设计资源 和搜索产品， 请访问 ti.com/designresources。
大家好，欢迎观看 本系列最后一期 关于使用 TI 滤波器设计工具 设计有源滤波器的视频。 在本例中， 我们将探索如何使用 高通、低通和 全通滤波器， 针对扬声器系统实施 四阶 Linkwitz-Riley 有源音频分频器。 有源分频器使用有源 元件，例如音频级 运算放大器，而不是 电感器和电容器 来将一对扬声器的 输入音频信号分成高频 和低频分量。 高音扬声器用于播放 高频音频， 低音扬声器 用于产生低频分量。 一些分频器引入了 第三个通道，即中频， 来处理低频到中频， 同时将低音扬声器 替换为低音炮， 专用于生成最低频率。 虽然这种布置有优缺点， 但在本例中，我们将坚持 使用相对简单的 双扬声器布置。 本例基于 TI 出色的精密设计， 设计者为 John Caldwell， 但我们不会在这里 详细介绍。 我们将实施一个 Linkwitz-Riley 分频器， 从技术上来说， 它不是一种滤波器， 而是滤波器布置， 其中利用了巴特沃斯 高通滤波器和低通滤波器， 且为它们使用相同的 极点频率。 如果作为高通滤波器和 低通滤波器的两个相同 巴特沃斯滤波器 都进行级联， 因此总共使用四个滤波器， 那么结果会得到 一个四阶高通滤波器和 一个四阶低通滤波器。 这两个四阶滤波器 统称为 四阶 Linkwitz-Riley 分频器。 这种布置的优势是双重的。 首先，假设低通滤波器 和高通滤波器 具有相同的极点频率， 高通和低通相位 响应将相差 360 度， 与同相时相同。 这意味着高音扬声器 和低音扬声器 输出之间没有相位差。 其次，滤波器输出 在整个分频区域中的 总和为 0dB，这意味着 在两个扬声器之间 将实现平稳切换或过渡， 而不是在分频点上 存在同轴 幅度差。 我们假设使用 ±5 伏电源， 而且低音扬声器 直径为 5 英寸， 高音扬声器直径为 1 英寸， 且低音扬声器 深度为 1.5 英寸。 我们还将实施 全通滤波器 以考虑扬声器外壳内的 高音扬声器和 低音扬声器之间的 中心间距。 我们估计间距 为 8 英寸。 我们将针对 10 英尺的 收听距离进行优化。 我们的滤波器设计 将以 2.2 千赫兹 分频点为目标。 我们将在 分频器设计中 以这些规格为目标。 我们将首先使用 TI 滤波器设计 程序来实施二阶 巴特沃斯滤波器 组件。 首先，我们将创建 低通滤波器。 我们的极点频率 将为 2.2 千赫兹， 我们将使用 多反馈拓扑。 我们需要将运算放大器更改为 使用 spice 模型的某个值， 以便将原理图 导出到 TINA-TI。 我们在此阶段 选择的实际部分 并不重要，因为我们 会在最终电路中 将其手动更改为 OPA1656。 现在，我们将使用 相同的设计原理 创建高通滤波器。 我们的极点频率 是 2.2 千赫兹， 然后我们使用 Sallen-Key 拓扑。 我们需要再次选择 替代运算放大器， 以便导出设计。 我们需要的最后一个 滤波器是全通滤波器， 用于延时补偿。 在本例中，我们希望 将高音扬声器输出 或高通滤波器输出 延时 130 微秒。 但是，这种延时实际上 只在如下频率时需要： 低音扬声器处于激活状态， 以确保低音扬声器 和高音扬声器输出 不会相互 破坏性地异相。 一旦低音扬声器 振幅滚降， 延时也可以滚降， 因为在这些较高频率下， 低音扬声器的输出 将会相比于高音扬声器的输出 如此衰减，从而不再 存在明显的 相消干涉风险。 因此，我们将 转角频率设置为 分频频率。 理论上，我们可以使用 人类听力的上限， 22 千赫兹，确保 在整个可闻范围内 有一致的延时， 但这需要使用 非常高阶的滤波器。 因为微秒范围内的 延时差 是人类的耳朵 无法察觉的， 不会有任何 明显改善。 为了确保滚降 不会太早开始， 我们将强制 滤波器设计工具 使用三阶设计。 我们将选择使用 spice 模型的运算放大器， 以便我们可以将设计 导出到 TINA-TI， 稍后我们可以手动将放大器 替换为所需的 OPA1656。 我们将模拟 我们导出到 TINA-TI 中的电路， 以验证它们。 请注意，我们对滤波器 设计工具导出的 默认电路 做了一些更改， 以便将运算放大器 替换为 OPA1656。 我们将在整个 可闻范围内执行 交流传输特性扫描。 如图所示， 在 2.2 千赫兹时， 出现 -3dB 点， 对应于 +90 度 相移。 当滤波器 与自身级联时， 相移将变为 +180 度。 接下来，我们将再次 测试高通滤波器， 将默认放大器 替换为 OPA1656。 如图所示，在 2.15 千赫兹时 出现 -3dB 点， 而不是所需的 2.2 千赫兹点。 我们模拟最终 集成的分频器设计时， 这种情况的影响 是显而易见的。 请注意，相位在大约 2.2 千赫兹时是 -90 度。 当滤波器 与自身级联时， 相移将变为 -180 度， 这与级联低通响应 相差 360 度。 将导致两个输出 有效地彼此同相。 最后，我们将模拟 全通滤波器。 我们感兴趣的是 相位和群延时图。 接下来，我们将 每一个低通滤波器 和高通滤波器 与其自身级联， 从而产生四阶高通 和四阶低通。 此处更简洁地 显示了这些滤波器。 我们将再次通过 对人类可闻范围 执行扫描来测试它们。 该图还显示另一条线， 是求和线。 这表示低通和 高通滤波器 输出的和。 求和线并不是 完全平坦的， 而是有一个小驼峰， 恰好在预期的 分频频率之前发生。 这是因为高通和 低通滤波器的极点频率 没有完全对齐。 即便如此，求和线中的 这个小泡泡或驼峰 在很大程度上 是无法察觉的， 在将各种曲线 合并到一个图中时 可以观察到。 请注意两个滤波 网络的相位响应 几乎是相同的。 还可以清楚地看到 全通滤波器的输出， 跟随高通滤波器走势， 没有可察觉的 增益或衰减， 但会引入相位延时。 如果我们分割曲线， 就会变得清晰， 低通滤波器和高通 滤波器的相位响应 在功能上是相同的。 另一种有趣的 电路测试方法 是应用一个指数级增加的 扫频正弦输入。 我们实际上可以 侦听输入和输出 波形以进行 声音确认， 检查电路是否 按预期工作。 我们有关使用 TI 滤波器 设计工具设计有源滤波器的 视频系列到此结束了。 谢谢观看。 要查找更多设计资源 和搜索产品， 请访问 ti.com/designresources。
大家好，欢迎观看 本系列最后一期
关于使用 TI 滤波器设计工具
设计有源滤波器的视频。
在本例中， 我们将探索如何使用
高通、低通和 全通滤波器，
针对扬声器系统实施 四阶 Linkwitz-Riley
有源音频分频器。
有源分频器使用有源 元件，例如音频级
运算放大器，而不是 电感器和电容器
来将一对扬声器的
输入音频信号分成高频
和低频分量。
高音扬声器用于播放 高频音频，
低音扬声器 用于产生低频分量。
一些分频器引入了 第三个通道，即中频，
来处理低频到中频，
同时将低音扬声器 替换为低音炮，
专用于生成最低频率。
虽然这种布置有优缺点，
但在本例中，我们将坚持 使用相对简单的
双扬声器布置。
本例基于 TI 出色的精密设计，
设计者为 John Caldwell， 但我们不会在这里
详细介绍。
我们将实施一个 Linkwitz-Riley 分频器，
从技术上来说， 它不是一种滤波器，
而是滤波器布置，
其中利用了巴特沃斯 高通滤波器和低通滤波器，
且为它们使用相同的 极点频率。
如果作为高通滤波器和 低通滤波器的两个相同
巴特沃斯滤波器 都进行级联，
因此总共使用四个滤波器， 那么结果会得到
一个四阶高通滤波器和 一个四阶低通滤波器。
这两个四阶滤波器 统称为
四阶 Linkwitz-Riley 分频器。
这种布置的优势是双重的。
首先，假设低通滤波器 和高通滤波器
具有相同的极点频率， 高通和低通相位
响应将相差 360 度，
与同相时相同。
这意味着高音扬声器 和低音扬声器
输出之间没有相位差。
其次，滤波器输出 在整个分频区域中的
总和为 0dB，这意味着 在两个扬声器之间
将实现平稳切换或过渡，
而不是在分频点上 存在同轴
幅度差。
我们假设使用 ±5 伏电源，
而且低音扬声器 直径为 5 英寸，
高音扬声器直径为 1 英寸， 且低音扬声器
深度为 1.5 英寸。
我们还将实施 全通滤波器
以考虑扬声器外壳内的 高音扬声器和
低音扬声器之间的 中心间距。
我们估计间距 为 8 英寸。
我们将针对 10 英尺的 收听距离进行优化。
我们的滤波器设计 将以 2.2 千赫兹
分频点为目标。
我们将在 分频器设计中
以这些规格为目标。
我们将首先使用 TI 滤波器设计
程序来实施二阶 巴特沃斯滤波器
组件。
首先，我们将创建 低通滤波器。
我们的极点频率 将为 2.2 千赫兹，
我们将使用 多反馈拓扑。
我们需要将运算放大器更改为 使用 spice 模型的某个值，
以便将原理图 导出到 TINA-TI。
我们在此阶段 选择的实际部分
并不重要，因为我们 会在最终电路中
将其手动更改为 OPA1656。
现在，我们将使用 相同的设计原理
创建高通滤波器。
我们的极点频率 是 2.2 千赫兹，
然后我们使用 Sallen-Key 拓扑。
我们需要再次选择 替代运算放大器，
以便导出设计。
我们需要的最后一个 滤波器是全通滤波器，
用于延时补偿。
在本例中，我们希望 将高音扬声器输出
或高通滤波器输出
延时 130 微秒。
但是，这种延时实际上
只在如下频率时需要： 低音扬声器处于激活状态，
以确保低音扬声器 和高音扬声器输出
不会相互 破坏性地异相。
一旦低音扬声器 振幅滚降，
延时也可以滚降， 因为在这些较高频率下，
低音扬声器的输出 将会相比于高音扬声器的输出
如此衰减，从而不再 存在明显的
相消干涉风险。
因此，我们将 转角频率设置为
分频频率。
理论上，我们可以使用 人类听力的上限，
22 千赫兹，确保 在整个可闻范围内
有一致的延时， 但这需要使用
非常高阶的滤波器。
因为微秒范围内的 延时差
是人类的耳朵 无法察觉的，
不会有任何 明显改善。
为了确保滚降 不会太早开始，
我们将强制 滤波器设计工具
使用三阶设计。
我们将选择使用 spice 模型的运算放大器，
以便我们可以将设计 导出到 TINA-TI，
稍后我们可以手动将放大器 替换为所需的 OPA1656。
我们将模拟 我们导出到
TINA-TI 中的电路， 以验证它们。
请注意，我们对滤波器 设计工具导出的
默认电路 做了一些更改，
以便将运算放大器 替换为 OPA1656。
我们将在整个 可闻范围内执行
交流传输特性扫描。
如图所示， 在 2.2 千赫兹时，
出现 -3dB 点， 对应于 +90 度
相移。
当滤波器 与自身级联时，
相移将变为 +180 度。
接下来，我们将再次 测试高通滤波器，
将默认放大器 替换为 OPA1656。
如图所示，在 2.15 千赫兹时 出现 -3dB 点，
而不是所需的 2.2 千赫兹点。
我们模拟最终 集成的分频器设计时，
这种情况的影响 是显而易见的。
请注意，相位在大约 2.2 千赫兹时是 -90 度。
当滤波器 与自身级联时，
相移将变为 -180 度，
这与级联低通响应 相差 360 度。
将导致两个输出
有效地彼此同相。
最后，我们将模拟 全通滤波器。
我们感兴趣的是 相位和群延时图。
接下来，我们将 每一个低通滤波器
和高通滤波器 与其自身级联，
从而产生四阶高通
和四阶低通。
此处更简洁地 显示了这些滤波器。
我们将再次通过 对人类可闻范围
执行扫描来测试它们。
该图还显示另一条线， 是求和线。
这表示低通和 高通滤波器
输出的和。
求和线并不是 完全平坦的，
而是有一个小驼峰，
恰好在预期的 分频频率之前发生。
这是因为高通和 低通滤波器的极点频率
没有完全对齐。
即便如此，求和线中的 这个小泡泡或驼峰
在很大程度上 是无法察觉的，
在将各种曲线 合并到一个图中时
可以观察到。
请注意两个滤波 网络的相位响应
几乎是相同的。
还可以清楚地看到 全通滤波器的输出，
跟随高通滤波器走势，
没有可察觉的 增益或衰减，
但会引入相位延时。
如果我们分割曲线， 就会变得清晰，
低通滤波器和高通 滤波器的相位响应
在功能上是相同的。
另一种有趣的 电路测试方法
是应用一个指数级增加的 扫频正弦输入。
我们实际上可以 侦听输入和输出
波形以进行 声音确认，
检查电路是否 按预期工作。
我们有关使用 TI 滤波器 设计工具设计有源滤波器的
视频系列到此结束了。
谢谢观看。
要查找更多设计资源 和搜索产品，
请访问 ti.com/designresources。
大家好，欢迎观看 本系列最后一期 关于使用 TI 滤波器设计工具 设计有源滤波器的视频。 在本例中， 我们将探索如何使用 高通、低通和 全通滤波器， 针对扬声器系统实施 四阶 Linkwitz-Riley 有源音频分频器。 有源分频器使用有源 元件，例如音频级 运算放大器，而不是 电感器和电容器 来将一对扬声器的 输入音频信号分成高频 和低频分量。 高音扬声器用于播放 高频音频， 低音扬声器 用于产生低频分量。 一些分频器引入了 第三个通道，即中频， 来处理低频到中频， 同时将低音扬声器 替换为低音炮， 专用于生成最低频率。 虽然这种布置有优缺点， 但在本例中，我们将坚持 使用相对简单的 双扬声器布置。 本例基于 TI 出色的精密设计， 设计者为 John Caldwell， 但我们不会在这里 详细介绍。 我们将实施一个 Linkwitz-Riley 分频器， 从技术上来说， 它不是一种滤波器， 而是滤波器布置， 其中利用了巴特沃斯 高通滤波器和低通滤波器， 且为它们使用相同的 极点频率。 如果作为高通滤波器和 低通滤波器的两个相同 巴特沃斯滤波器 都进行级联， 因此总共使用四个滤波器， 那么结果会得到 一个四阶高通滤波器和 一个四阶低通滤波器。 这两个四阶滤波器 统称为 四阶 Linkwitz-Riley 分频器。 这种布置的优势是双重的。 首先，假设低通滤波器 和高通滤波器 具有相同的极点频率， 高通和低通相位 响应将相差 360 度， 与同相时相同。 这意味着高音扬声器 和低音扬声器 输出之间没有相位差。 其次，滤波器输出 在整个分频区域中的 总和为 0dB，这意味着 在两个扬声器之间 将实现平稳切换或过渡， 而不是在分频点上 存在同轴 幅度差。 我们假设使用 ±5 伏电源， 而且低音扬声器 直径为 5 英寸， 高音扬声器直径为 1 英寸， 且低音扬声器 深度为 1.5 英寸。 我们还将实施 全通滤波器 以考虑扬声器外壳内的 高音扬声器和 低音扬声器之间的 中心间距。 我们估计间距 为 8 英寸。 我们将针对 10 英尺的 收听距离进行优化。 我们的滤波器设计 将以 2.2 千赫兹 分频点为目标。 我们将在 分频器设计中 以这些规格为目标。 我们将首先使用 TI 滤波器设计 程序来实施二阶 巴特沃斯滤波器 组件。 首先，我们将创建 低通滤波器。 我们的极点频率 将为 2.2 千赫兹， 我们将使用 多反馈拓扑。 我们需要将运算放大器更改为 使用 spice 模型的某个值， 以便将原理图 导出到 TINA-TI。 我们在此阶段 选择的实际部分 并不重要，因为我们 会在最终电路中 将其手动更改为 OPA1656。 现在，我们将使用 相同的设计原理 创建高通滤波器。 我们的极点频率 是 2.2 千赫兹， 然后我们使用 Sallen-Key 拓扑。 我们需要再次选择 替代运算放大器， 以便导出设计。 我们需要的最后一个 滤波器是全通滤波器， 用于延时补偿。 在本例中，我们希望 将高音扬声器输出 或高通滤波器输出 延时 130 微秒。 但是，这种延时实际上 只在如下频率时需要： 低音扬声器处于激活状态， 以确保低音扬声器 和高音扬声器输出 不会相互 破坏性地异相。 一旦低音扬声器 振幅滚降， 延时也可以滚降， 因为在这些较高频率下， 低音扬声器的输出 将会相比于高音扬声器的输出 如此衰减，从而不再 存在明显的 相消干涉风险。 因此，我们将 转角频率设置为 分频频率。 理论上，我们可以使用 人类听力的上限， 22 千赫兹，确保 在整个可闻范围内 有一致的延时， 但这需要使用 非常高阶的滤波器。 因为微秒范围内的 延时差 是人类的耳朵 无法察觉的， 不会有任何 明显改善。 为了确保滚降 不会太早开始， 我们将强制 滤波器设计工具 使用三阶设计。 我们将选择使用 spice 模型的运算放大器， 以便我们可以将设计 导出到 TINA-TI， 稍后我们可以手动将放大器 替换为所需的 OPA1656。 我们将模拟 我们导出到 TINA-TI 中的电路， 以验证它们。 请注意，我们对滤波器 设计工具导出的 默认电路 做了一些更改， 以便将运算放大器 替换为 OPA1656。 我们将在整个 可闻范围内执行 交流传输特性扫描。 如图所示， 在 2.2 千赫兹时， 出现 -3dB 点， 对应于 +90 度 相移。 当滤波器 与自身级联时， 相移将变为 +180 度。 接下来，我们将再次 测试高通滤波器， 将默认放大器 替换为 OPA1656。 如图所示，在 2.15 千赫兹时 出现 -3dB 点， 而不是所需的 2.2 千赫兹点。 我们模拟最终 集成的分频器设计时， 这种情况的影响 是显而易见的。 请注意，相位在大约 2.2 千赫兹时是 -90 度。 当滤波器 与自身级联时， 相移将变为 -180 度， 这与级联低通响应 相差 360 度。 将导致两个输出 有效地彼此同相。 最后，我们将模拟 全通滤波器。 我们感兴趣的是 相位和群延时图。 接下来，我们将 每一个低通滤波器 和高通滤波器 与其自身级联， 从而产生四阶高通 和四阶低通。 此处更简洁地 显示了这些滤波器。 我们将再次通过 对人类可闻范围 执行扫描来测试它们。 该图还显示另一条线， 是求和线。 这表示低通和 高通滤波器 输出的和。 求和线并不是 完全平坦的， 而是有一个小驼峰， 恰好在预期的 分频频率之前发生。 这是因为高通和 低通滤波器的极点频率 没有完全对齐。 即便如此，求和线中的 这个小泡泡或驼峰 在很大程度上 是无法察觉的， 在将各种曲线 合并到一个图中时 可以观察到。 请注意两个滤波 网络的相位响应 几乎是相同的。 还可以清楚地看到 全通滤波器的输出， 跟随高通滤波器走势， 没有可察觉的 增益或衰减， 但会引入相位延时。 如果我们分割曲线， 就会变得清晰， 低通滤波器和高通 滤波器的相位响应 在功能上是相同的。 另一种有趣的 电路测试方法 是应用一个指数级增加的 扫频正弦输入。 我们实际上可以 侦听输入和输出 波形以进行 声音确认， 检查电路是否 按预期工作。 我们有关使用 TI 滤波器 设计工具设计有源滤波器的 视频系列到此结束了。 谢谢观看。 要查找更多设计资源 和搜索产品， 请访问 ti.com/designresources。
大家好，欢迎观看 本系列最后一期
关于使用 TI 滤波器设计工具
设计有源滤波器的视频。
在本例中， 我们将探索如何使用
高通、低通和 全通滤波器，
针对扬声器系统实施 四阶 Linkwitz-Riley
有源音频分频器。
有源分频器使用有源 元件，例如音频级
运算放大器，而不是 电感器和电容器
来将一对扬声器的
输入音频信号分成高频
和低频分量。
高音扬声器用于播放 高频音频，
低音扬声器 用于产生低频分量。
一些分频器引入了 第三个通道，即中频，
来处理低频到中频，
同时将低音扬声器 替换为低音炮，
专用于生成最低频率。
虽然这种布置有优缺点，
但在本例中，我们将坚持 使用相对简单的
双扬声器布置。
本例基于 TI 出色的精密设计，
设计者为 John Caldwell， 但我们不会在这里
详细介绍。
我们将实施一个 Linkwitz-Riley 分频器，
从技术上来说， 它不是一种滤波器，
而是滤波器布置，
其中利用了巴特沃斯 高通滤波器和低通滤波器，
且为它们使用相同的 极点频率。
如果作为高通滤波器和 低通滤波器的两个相同
巴特沃斯滤波器 都进行级联，
因此总共使用四个滤波器， 那么结果会得到
一个四阶高通滤波器和 一个四阶低通滤波器。
这两个四阶滤波器 统称为
四阶 Linkwitz-Riley 分频器。
这种布置的优势是双重的。
首先，假设低通滤波器 和高通滤波器
具有相同的极点频率， 高通和低通相位
响应将相差 360 度，
与同相时相同。
这意味着高音扬声器 和低音扬声器
输出之间没有相位差。
其次，滤波器输出 在整个分频区域中的
总和为 0dB，这意味着 在两个扬声器之间
将实现平稳切换或过渡，
而不是在分频点上 存在同轴
幅度差。
我们假设使用 ±5 伏电源，
而且低音扬声器 直径为 5 英寸，
高音扬声器直径为 1 英寸， 且低音扬声器
深度为 1.5 英寸。
我们还将实施 全通滤波器
以考虑扬声器外壳内的 高音扬声器和
低音扬声器之间的 中心间距。
我们估计间距 为 8 英寸。
我们将针对 10 英尺的 收听距离进行优化。
我们的滤波器设计 将以 2.2 千赫兹
分频点为目标。
我们将在 分频器设计中
以这些规格为目标。
我们将首先使用 TI 滤波器设计
程序来实施二阶 巴特沃斯滤波器
组件。
首先，我们将创建 低通滤波器。
我们的极点频率 将为 2.2 千赫兹，
我们将使用 多反馈拓扑。
我们需要将运算放大器更改为 使用 spice 模型的某个值，
以便将原理图 导出到 TINA-TI。
我们在此阶段 选择的实际部分
并不重要，因为我们 会在最终电路中
将其手动更改为 OPA1656。
现在，我们将使用 相同的设计原理
创建高通滤波器。
我们的极点频率 是 2.2 千赫兹，
然后我们使用 Sallen-Key 拓扑。
我们需要再次选择 替代运算放大器，
以便导出设计。
我们需要的最后一个 滤波器是全通滤波器，
用于延时补偿。
在本例中，我们希望 将高音扬声器输出
或高通滤波器输出
延时 130 微秒。
但是，这种延时实际上
只在如下频率时需要： 低音扬声器处于激活状态，
以确保低音扬声器 和高音扬声器输出
不会相互 破坏性地异相。
一旦低音扬声器 振幅滚降，
延时也可以滚降， 因为在这些较高频率下，
低音扬声器的输出 将会相比于高音扬声器的输出
如此衰减，从而不再 存在明显的
相消干涉风险。
因此，我们将 转角频率设置为
分频频率。
理论上，我们可以使用 人类听力的上限，
22 千赫兹，确保 在整个可闻范围内
有一致的延时， 但这需要使用
非常高阶的滤波器。
因为微秒范围内的 延时差
是人类的耳朵 无法察觉的，
不会有任何 明显改善。
为了确保滚降 不会太早开始，
我们将强制 滤波器设计工具
使用三阶设计。
我们将选择使用 spice 模型的运算放大器，
以便我们可以将设计 导出到 TINA-TI，
稍后我们可以手动将放大器 替换为所需的 OPA1656。
我们将模拟 我们导出到
TINA-TI 中的电路， 以验证它们。
请注意，我们对滤波器 设计工具导出的
默认电路 做了一些更改，
以便将运算放大器 替换为 OPA1656。
我们将在整个 可闻范围内执行
交流传输特性扫描。
如图所示， 在 2.2 千赫兹时，
出现 -3dB 点， 对应于 +90 度
相移。
当滤波器 与自身级联时，
相移将变为 +180 度。
接下来，我们将再次 测试高通滤波器，
将默认放大器 替换为 OPA1656。
如图所示，在 2.15 千赫兹时 出现 -3dB 点，
而不是所需的 2.2 千赫兹点。
我们模拟最终 集成的分频器设计时，
这种情况的影响 是显而易见的。
请注意，相位在大约 2.2 千赫兹时是 -90 度。
当滤波器 与自身级联时，
相移将变为 -180 度，
这与级联低通响应 相差 360 度。
将导致两个输出
有效地彼此同相。
最后，我们将模拟 全通滤波器。
我们感兴趣的是 相位和群延时图。
接下来，我们将 每一个低通滤波器
和高通滤波器 与其自身级联，
从而产生四阶高通
和四阶低通。
此处更简洁地 显示了这些滤波器。
我们将再次通过 对人类可闻范围
执行扫描来测试它们。
该图还显示另一条线， 是求和线。
这表示低通和 高通滤波器
输出的和。
求和线并不是 完全平坦的，
而是有一个小驼峰，
恰好在预期的 分频频率之前发生。
这是因为高通和 低通滤波器的极点频率
没有完全对齐。
即便如此，求和线中的 这个小泡泡或驼峰
在很大程度上 是无法察觉的，
在将各种曲线 合并到一个图中时
可以观察到。
请注意两个滤波 网络的相位响应
几乎是相同的。
还可以清楚地看到 全通滤波器的输出，
跟随高通滤波器走势，
没有可察觉的 增益或衰减，
但会引入相位延时。
如果我们分割曲线， 就会变得清晰，
低通滤波器和高通 滤波器的相位响应
在功能上是相同的。
另一种有趣的 电路测试方法
是应用一个指数级增加的 扫频正弦输入。
我们实际上可以 侦听输入和输出
波形以进行 声音确认，
检查电路是否 按预期工作。
我们有关使用 TI 滤波器 设计工具设计有源滤波器的
视频系列到此结束了。
谢谢观看。
要查找更多设计资源 和搜索产品，
请访问 ti.com/designresources。
手机看
扫码用手机观看
视频简介
3 高通、低通和全通滤波器设计
所属课程：滤波器设计工具
发布时间：2022.12.12
视频集数：6
本节视频时长：00:09:43
使用精密音频放大器设计和实现低通、高通和全通滤波器。然后，我们组织这些滤波器为示例扬声器系统创建四阶 Linkwitz-Riley 有源音频分频器，并使用指数扫频正弦信号在仿真中测试分频器设计。
未学习 1 带阻滤波器设计
未学习 2 带通滤波器设计
未学习 3 高通、低通和全通滤波器设计
