基于LT1568的高頻段有源濾波器的設計

摘 要： 對于高頻信號，傳統(tǒng)的由分立元件搭建的LC無源濾波網(wǎng)絡，設計過程復雜，對信號衰減較大。為了簡化高頻段濾波器的設計過程、提高濾波效率，提出了使用低噪聲高頻有源RC濾波芯片LT1568來設計高頻濾波電路，介紹其性能，分析了其工作原理。并以高頻多普勒接收機內(nèi)部帶通濾波器設計為例，介紹濾波電路的設計方法。實驗仿真表明用其搭建的高頻有源濾波電路濾波效果明顯、電路簡單、方便易用。

關鍵詞： LT1568； 低噪聲； 高頻多普勒接收機； 有源濾波

中圖分類號： TN713+.8 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）02?0116?03

Design of high?band active power filter based on LT1568

YU Tao， ZHOU Xiaoming， YUAN Zhigang

（College of Electronic Information， Wuhan University， Wuhan 430072， China）

Abstract： The traditional LC passive filtering network for high?frequency signal which is constructed by discrete components has complex design process and may cause strong signal attenuation. To simplify the design process of the high?band filter， and improve the filtering efficiency， a method to design the high?frequency filtering circuit with the low?noise high?frequency active RC filtering chip LT1568 is proposed. The performance of the circuit is introduced， and its working principle is analyzed. By taking the design of the band?pass filter in high?frequency Doppler receiver as an instance， the design method of the filtering circuit is presented. The experiment simulation results demonstrate that the high?frequency active filtering circuit has obvious filtering effect and simple structure. The circuit is easy to use.

Keywords： LT1568； low noise； high frequency Doppler receiver； active filtering

0 引 言

濾波器在電路系統(tǒng)的設計中有著很廣泛的應用，例如對調制信號、接收信號、混頻后的中頻信號的處理過程中都涉及濾波，從而濾除干擾信號，達到提高信號準確性的目的。常用的濾波方法包括用R，L，C構成的無源濾波器和用運算放大器構成的有源濾波器[1]。

在高頻接收機內(nèi)部，常常需要對頻率較高的信號進行濾波。傳統(tǒng)的有源濾波方法中運算放大器會受到增益帶寬積的限制，不能通過較高的頻率，且會引入較大的噪聲[2]，所以常常采用R，L，C組成無源濾波電路。但無源濾波電路需要同時進行復雜的參數(shù)設計與端接阻抗匹配設計，信號經(jīng)過LC濾波網(wǎng)絡后還會有一定的衰減，且電容、電感元件值會有較大的誤差，影響濾波性能[3]。高頻有源RC濾波單元式部件LT1568只需要設定幾個外部電阻的阻值便可實現(xiàn)截止頻率最高至10 MHz的低通或帶通濾波器的設計，相比傳統(tǒng)的LC無源濾波更加簡單易用，且能得到更好的濾波效果。

本文以高頻多普勒接收機內(nèi)將400 kHz方波轉化為400 kHz正弦波的帶通濾波器設計為例[4]，介紹了基于LT1568的濾波器設計方法。

1 LT1568簡介

LT1568是Linear Technology公司推出的具有軌到軌輸入和輸出的低噪聲、高頻有源RC濾波單元式部件[5]。該芯片可采用單電源3 V或雙電源[±5]V供電。芯片內(nèi)部包含2個二階濾波單元，每個濾波單元只需要3個外部電阻即可構成二階濾波器。

兩個二階濾波器可以分開使用，也可以級聯(lián)為簡單的四階濾波器。通過調整單個電阻器的阻值來設定低通截至頻率，截至頻率范圍可達200 kHz～5 MHz，不對稱的電阻器阻值可將截止頻率擴展至100 kHz～

10 MHz，采用不同的電阻器阻值可實現(xiàn)帶增益或不帶增益的低通轉移函數(shù)（巴特沃斯、切比雪夫或定制）。LT1568具有極低的噪聲，信噪比可以超過90 dB。其芯片結構圖如圖1所示。

2 LT1568濾波器軟件設計

為了簡化LT1568濾波器設計過程，Linear Technology公司提供了LT1568濾波電路設計輔助工具LT1568 Design。這個設計輔助工具基于Excel表格，簡單易用，只需輸入濾波器的類型、截止頻率、通帶增益、3 dB帶寬等信息，即可給出符合設計參數(shù)的濾波器的外部電阻或電容的值與電路原理圖。設計軟件主界面如圖2所示。

圖2 設計軟件主界面

為了設計將400 kHz方波轉化為400 kHz正弦波的帶通濾波器，首先確定濾波器性能要求。由于方波信號的頻譜中只有基頻的奇次諧波[6]，400 kHz的基頻分量與1.2 MHz的三次諧波之間頻率范圍很寬；所以對于帶通濾波器的通頻帶寬度和過渡帶要求不高，設定中心頻率為400 kHz，3 dB帶寬為80 kHz，通帶增益為0 dB，類型為四階帶通濾波器。

在輔助設計工具中輸入?yún)?shù)，得到外部器件參數(shù)如表1所示。

表1 器件參數(shù)值

同時得到電路原理圖如圖3所示。

圖3 電路原理圖

圖3中C11，R21，R31與LT1568的A單元構成二階濾波器，C12，R22，R32與B單元構成二階濾波器，A單元的輸出端OUTA與B單元的輸入端INVB連接，級聯(lián)為帶通濾波器。注意[EN]引腳為使能端，接地后芯片才可以正常工作。C1，C2為去耦電容，可以降低元件耦合到電源端的噪聲[7]。電路采用[±]5 V雙電源供電。

3 電路測試結果

按照設計軟件給出的原理圖連接電路，在電路輸入端輸入400 kHz方波信號如圖4所示，利用示波器觀察記錄輸出波形如圖5所示。

圖4 輸入信號波形

圖5 濾波輸出波形

可見輸出波形為正弦波，頻率為400 kHz，說明濾波器有效地濾除了方波信號中除基頻分量外的其他諧波分量，實現(xiàn)了400 kHz方波轉化為400 kHz正弦波的功能。為了得到濾波電路的幅頻特性曲線來進一步觀察濾波器的性能[8]，利用示波器的FFT功能在頻域內(nèi)觀察濾波器的輸出信號如何隨輸入信號的變化而變化。示波器接濾波電路輸出端，打開FFT功能，設定觀察頻率范圍為0～1 MHz，屏幕網(wǎng)格中心豎線對應的頻率為500 kHz，縱向每一大格表示20 dB幅度變化，余暉殘留時間設為正無窮以保留屏幕上顯示的每根譜線[9]，利用信號源給濾波電路輸入一個正弦波信號，然后連續(xù)改變輸入信號的頻率，對應的輸出信號在頻域的譜線會顯示在示波器上，譜線的幅度會隨著輸入信號頻率的改變而發(fā)生變化，最終在示波器上得到的圖像即為濾波器的幅頻響應特性曲線，如圖6所示。由得到的幅頻特性曲線可見，電路實現(xiàn)了帶通濾波的功能[10]，中心頻率在400 kHz處，3 dB帶寬大約為80 kHz，基本滿足設計要求。

圖6 濾波器幅頻特性曲線

4 結 語

通過對利用LT1568設計的帶通濾波器過程的介紹，給出了高頻段信號濾波器設計的新方法。采用具有極低噪聲的高頻有源RC濾波芯片LT1568代替?zhèn)鹘y(tǒng)的LC無源濾波網(wǎng)絡搭建濾波器，極大地降低了設計的復雜度，且能得到更好的濾波性能，具有很高的應用價值。

參考文獻

[1] 殷蘇民，吉彬斌，鮑紅力，等.基于MAX263的帶通跟蹤濾波設計[J].電子技術應用，2012，38（1）：54?56.

[2] 胡銘，陳珩.有源濾波技術及其應用[J].電力系統(tǒng)自動化，2000，24（3）：66?70.

[3] 馮晶天，陳松，肖芬.基于混合參數(shù)元件的無線雙頻帶通濾波器設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（2）：154?156.

[4] 袁志剛，寧百齊，袁洪.高頻多普勒頻移和到達角實時探測與分析[J].電波科學學報，2001，16（4）：487?492.

[5] Linear Technology. LT1568 very low noise， high frequency active RC， filter building block [R]. Canada： Linear Technology， 2010.

[6] 郗艷華.基于Matlab周期信號的分解與合成[J].計算機與現(xiàn)代化，2011（9）：156?158.

[7] 周磊，劉慶想，張健穹，等.印制電路板去耦網(wǎng)絡優(yōu)化設計[J].微波學報，2014（z1）：612?614.

[8] 王大偉，賈榮叢，王劃一.基于Matlab的巴特沃斯濾波器設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（21）：71?75.

[9] Agilent Technologies. Agilent InfiniiVision 3000 series users guide [M]. US： Agilent Technologies， 2013.

[10] 許光，周斌，李坤，等.基于FilterPro與Proteus的帶通濾波器設計[J].現(xiàn)代電子技術，2013，36（10）：24?26.