微醺岁月

总结ADI在线设计工具之滤波器设计向导的使用方法和使用感受

微醺岁月 在 2016-3-29 建立的討論區
最後回覆由孙治国於2017-12-2提供

以下仅供初学者参考,高手请略过。如有不正确的地方欢迎批评指正。

首先贴上滤波器设计向导的地址:

http://www.analog.com/designtools/cn/filterwizard/

 

这里举一个实际需求的例子:在设计某款可穿戴监护设备时,需要采集某些模拟传感器发送回来的电压信号,从而了解人体活动情况和生理特征信息。传感器前端信号调理从略,这里只介绍滤波器部分。

在这个产品中,对滤波器的参数要求是,保留30Hz以内的低频部分,滤除50Hz工频干扰和更高无用的频率。简单来说使用低通滤波器即可,但是需要注意的是,因为产品使用情况复杂,实际50Hz的工频干扰情况可能会十分严重,因此在30Hz之后,滤波器需要有一个快速滚降,实际上对滤波器的要求较高。

 

一、选择滤波器类型

打开上面的地址后,是一个简约明了的选择界面:

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设计者根据需要选择一种类型的滤波器点击即可进入下一步,这里选择低通滤波器。

 

二、滤波器参数设置

根据开头提到的要求,设置参数如下:

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因为实际不需要在滤波过程中进行放大,所以增益选择0dB(即1V/V,单位可任意选择)。通带为频率30Hz,阻带频率为了留有余量这里设置为46Hz

接下来设置滤波器的级数和类型。这里工具很简约并人性化的设置了一个滑条,越向左,滤波器阶数越少,亦即使用的元器件数量最少,但通带纹波较大,元器件对滤波器的影响也较大;向右滑动,则阶数增大,但性能更好。

这里设置为0.95dB通带纹波,六阶低通。

另外,滤波器的性能可在右侧图表出直观、动态的表示出,可选对数坐标和电压坐标,还可观察相位和阶跃响应等参数。在这个例子中相位延迟不影响采集,故不看。

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三、元器件选择

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设备为便携式,使用单5V供电,则-Vs=0V

为了减少理论与实际的误差,补偿GBW增益带宽积的复选框应该选上。详细请见工具的说明,点击右侧的问号即可看到。

下面是最为方便的一个功能:为我选择(运放)。这里极大方便了元器件选型的工作。当然也可以自己选择,工具可根据设计参数和ADI在产的器件做一个动态高效的搜索和推荐,大大减少工程师们自己选型的麻烦,此处应该有掌声!

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后面还可选择滤波器结构,个人习惯使用Sallen-Key结构,优点很多,这里不多说了。不得不说Sallen-Key是一个伟大的结构。

 

四、元件参数容差

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         对于实际应用,左侧的所有列表默认已经是最常用的选项,不需要调整。可以看出在这种容差情况下,滤波器性能有多大的误差范围。依旧可以看很多种图示:

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         设计者可评估使用相应系列元件下能否满足要求。不得不说,这一点比用任何一种仿真软件得出结果都快多了,“容差仿真”得到的结果比任何一个仿真软件都要来高效!

 

五、输出结果

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输出结果给出了很多方面的参考,不但有电路图,BOM,甚至连噪声和功率都给出了,不得不说ADI工具考虑的太周全了。

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六、打包带走

这么多结果怎么保存呢?工具当然早就有考虑:点击保存,一键保存到我的myanalog账户中,或者点击获取设计,或邮件分享给同事,工具会在云端将所有设计资料打包,并通过邮件将下载地址发出,很人性化吧!

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七、和竞争对手工具的比较

写体会,不得不提竞争对手的工具。曾经用过一款离线式的滤波器设计工具,有优点也有缺点。对比着说,ADI的工具有中文界面,有人性化的器件辅助选型,容差仿真高效,输出结果丰富,而竞争对手工具是英文界面,没有器件选型,输出结果较少。且最令人抓狂的是,有一次设计低于1Hz的低通滤波器,这个工具居然不支持。不过也有它使用方便的地方,比如说可以实时更改无源元件参数,并图示给出更改后的影响。这一点对于无源器件有限制的时候还是比较有意义的。

結果