信号与系统课程设计-通用滤波器的设计与实现

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1、信号与系统 课程设计报告 设计题目：通用滤波器的设计与实现 完 成 人： 班号： 姓名： 学号： 一、设计简介一、设计简介 本文参考了一篇2007年9月发表在 通信与信息技术 上的一篇论 文一种新颖的电压模式通用二阶CFA滤波器设计 。该文提出了一 种结构简单，思想新颖的通用二阶滤波器的设计方法。在本文中，笔 者借鉴该方法，利用matlab理论仿真和multisim9.0电路仿真对设计方 法进行了较全面的仿真与检验。 本文首先介绍了该设计方法的原理，然后在该原理的基础上，对 其原理进行matlab仿真，并得出低通，高通，带通三种滤波器的仿真 结果。之后，笔者选用ADI公司的AD844高速电流反

2、馈运算放大器对 该方法进行电路仿真， 也得出相应的仿真结果，用于论证该设计方法 的有效性。 二、设计要求二、设计要求 要求设计出滤波器，并利用仿真工具完成对设计出滤波器进行的 仿真。设计出通用的二阶有源滤波器使其能够完成二阶有源高通、有 源低通滤波器、 有源带通滤波器。并且使用相关的电路设计软件与仿 真软件画出电路图及仿真结果。 三、设计三、设计线路线路 对于形形色色的电路要求，滤波电路的应用以其能够突出用户关 心的频谱特性而得到了广泛的普及。但是滤波电路的低通，高通，带 通电路因为其不同的电路要求有着不同的电路设计， 这就给那些要得 到不同频域的用户带来了麻烦。经常变换电路费时费力。基于此，

3、笔 者翻看近年文献，希望从中能够得到启发， 设计出一种通用的二阶滤 波器，满足不同人的需求。 一种新颖的电压模式通用二阶 CFA滤波器设计 以其独到的设 计理念和设计方法满足了这个条件。 但原文中对该问题阐述不明，且 缺乏仿真过程和角度。 故本文基于该文献，提出设计方法，并通过 matlab 理论仿真和 multisim 电路仿真双方向来论证该问题。因为理论与实践之间是有误 差的，只有从双方面来论证，才能具有说服力。 四、设计内容四、设计内容 这种设计方法的核心是使用了电流反馈运算放大器 (CurrentFeedbackAmplifier，CFA)，下面对CFA进行个简要介绍。 4.1. CF

4、A电路结构与原理电路结构与原理： 世纪之交，随着通信和多媒体技术的迅猛发展，对高速集成电路 的要求不断提高。用电流模技术制造的电流反馈运算放大器(CFA)应 运而生，以其独特的性能，赢得了电子工程师们的极大关注。 CFA 与 传统的电压反馈运算放大器(VFA)相比具有许多优点，最主要的特点 是 CFA 的输入级抛弃了差动电路，而采用互补 跟随电路，提高了输 入级转换速率； CFA 的闭环带宽与增益无关， 不存在增益带宽积的限 制。除了结构设计考虑之外，制造工艺的改进也是十分重要的。目前 高速 CFA 和 VFA 一般都采用流行的互补双极型(CB)工艺。 近年来美 国 ADI 公司推出了最新专利

5、技术介质隔离超高速互补双极型 (XFCB)工艺，促使 CFA 器件和应用发展到一个新阶段。XFCB 与 CB 工艺相比，器件速度更快，是 CB 工艺的 5 倍，供电电源低。 CFA 是一种四端口器件，如下图所示： 即 y I =0, xy VV , xz II , ox VV 。 电压运算放大器是模拟电路设计中的基本有源器件，由普通电压 运算放大器组成的电路，其工作频率较低。 电流反馈放大器是一种结 构全新的运算放大器， 他不但能提供近乎常值的带宽，而且还具有高 的转换速率。由他组成的电路，在频率特性、动态范围等方面具有比 由OTA组成的电路更加优良的性能。近年来，电流反馈放大器在二阶 滤波器

6、电路中得到了一些应用。而采用电流反馈放大器(CFA)构成的 电压模式或电流模式双二次滤波器的文献不断见诸报道， 其中主要的 形式有两种:一种为单输人多输出型滤波器;另一种为三输人单输出型 滤波器。但从文献看，多数电路使用的CFA器件数目较多。本文提出 了一种三输人单输出电压模式通用二阶滤波器电路，该电路仅用2个 电流反馈放大器(CFA)、2个电容、3个电阻来构成，电路结构简单， 能实现二阶低通、带通、高通滤波。 本文采用参考文献中提供的CFA通用通用滤波电路进行分析仿真，从 另一方面证实了该方法的有效性和简便性。 4.2 电路原理及分析：电路原理及分析： 4.2.1 电路原理电路原理： 本文采用参考文献中提供的电路原理图，如下图所示，该电路由 2 个电流反馈放大运算，2 个电容，3 个电阻组成。 电路分析如下： 可得电路电流传输函数： 该电路为通用滤波器，即只需要改变电路原理图中电压的输入位置， 即可以改变电路特性，完成低通，高通，带通三种滤波特性。 三种滤波实现的条件： 电路极点参数如下： 4.3.仿真仿真实现实现： 设置 1