通用有源滤波器UAF42的CAD软件-FILTER42

;;; 摘要：UAF42是美国B-B公司生产的通用有源滤波器，通过它可方便地设计了低通、高通、带通和带阻等滤波器。另外，B-B公司还为UAF42专门提供了一个CAD软件FILTER42来对UAF42进行滤波器设计。文中介绍了UAF42的内部结构和原理，并重点给出了利用FILTER42软件设计各种滤波器参数的方法。 ;;; 关键词：通用有源滤波器 软件设计 UAF42 FILTER42 1 概述 对输入信号中某特定频率或频带成分具有选择性的网络称之为滤波器。滤波器可广泛应用于通信、自动控制、计算和测量技术等领域。有关滤波器的理论和设计日趋完善。随着新型元器件的使用和设计思想的更新，滤波器的发展也日新别异。迄今为止，按元器件分类，滤波器可以分为无源LC滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、RC有源滤波器和开关电容滤波器等。这些滤波器有各自的优点和应用范围，可使用于不同滤段和Q值范围。由电阻、电容和有源器件——运算放大器构成的滤波器称之为RC有源滤波器。这是随着高增益运算放大器问世而迅速发展起来的一种滤波器，由于其集成运放开环电压增益和输入阻抗均很高，而输出阻抗又低，因而构成有源滤波器后还具有一定的电压放大和缓冲作用，所以应用相当广泛。测量仪器中的滤波器几乎全部采用RC有源滤波器。随着微电子学的发展，又出现了把一些电阻和电容与运放集成在一块芯片上的通用有源滤波器（Universal Active Filter,UAF）。这种芯片集成度高，片内集成了设计滤波器所需的电阻和电容，在应用中只要极少数外部器件就可以很方便地构成一个有源滤波器。BB（Burr-Brown）公司的UAF42就是这一类通用有滤波器的代表。它可广泛应用于高通、低通和带通滤波器设计中。UAF42采用典型的状态可调（state-variable）模拟结构，内部集成了一个反向放大器和两分器。该积分器包括1000μF(为5%)的电容，因此较好的解决有源滤波器设计中的低损耗（low-loss）电容问题。 2 通用有源滤波器UAF42 UAF42的内部结构框图如图1所示。 从图中可以看出，UAF42的状态可调（State-variable）结构使得它的应用十分方便。它有三个输出引脚，这些引脚的输出是把输入信号经过低通、带通和高通滤波后的信号。此外，UAF42片内还集成了一个辅助运放，该运放可作为通用的运放，也可以将UAF42的低通、高通和带通等输出信号进行信号处理。N阶滤波器传递函数的一般式为：

;;; 式中的m应小于或等于n。需要说明的是：直接实现三阶以上传递函数的电路设计是很困难的。通常需要将高阶传递函数分解为若干个低阶（一阶、二阶、最多三阶）传递函数的乘积形式，如： Gn(S)=[B1(s)B2(s)…Bk(s)]/[A1(s)A2(s)…Ak(s)]=G1(s)G2(B)…Gk(s) 将K个可实现的低阶传递函数电路基本节（或称之为基本积木块）级联起来就构成了N阶滤波器。由于采用的是运放构成的低阶基本电路，因而其输出阻抗很低，可以不考虑级联时的负载效应，这样就保证了各基本节传递函数设计的独立性。具体过程如图2所示。 在实际工程中，设计人员可根据对滤波器的通带、阻带或过滤带的频率范围及通带增益和衰减特性要求，设计其某种类型的n阶传递函数。然后将n阶传递函数分争为若干个低阶级联形式，即将其划分成若干个一阶、二阶传递函数基本节。最后再按各个低阶传递函数的设计要求来设计和计算有源滤波器电路基本节。这一