一种RC滤波器的制作方法

一种rc滤波器
技术领域
1.本实用新型涉及滤波电路技术领域，特别是涉及一种rc滤波器。


背景技术：

2.目在低频较低的时候，lc滤波器由于电感较大所带来的就是体积的增加，而用无源的rc滤波器则会引入额外的噪声，且无源rc滤波对频率响应难以进行调谐，故在低频方向，需要引入性能更好的有源rc滤波器。传统的rc滤波器由于其性能与放大器、rc电路均有较大的关系，在设计仿真时较为困难，因此，需要设计一种高增益高抑制的rc滤波器以满足低频放大及滤波的需求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种rc滤波器。
4.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
5.本实用新型公开了一种rc滤波器，包括依次电性连接的第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路，所述第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路均为sallen-key滤波器；
6.所述sallen-key滤波器中不同电阻阻值不同。
7.在一种可能的设计中，所述sallen-key滤波器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和运算放大器，
8.所述第一电阻和第二电阻相串联后一非公共端为输入端且另一端与所述运算放大器的同相输入端连接；
9.所述第一电容连接在所述运算放大器的输出端与第一电阻和第二电阻的公共端之间；
10.所述第二电容的一端接地且另一端连接在运算放大器的同相输入端；
11.所述第三电阻和第四电阻相串联后一非公共端接地、另一非公共端连接在所述运算放大器的输出端且公共端与所述运算放大器的反相输入端连接。
12.在一种可能的设计中，所述第三二阶低通滤波电路的运算放大器输出端连接一接地电阻。
13.在一种可能的设计中，所述运算放大器为lt6200。
14.在一种可能的设计中，所述第一二阶低通滤波电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻分别为3.83k欧姆、6.04 k欧姆、178 欧姆、1.69 k欧姆；
15.第一二阶低通滤波电路中第一电容、第二电容的容值分别为68pf、68pf。
16.在一种可能的设计中，所述第二二阶低通滤波电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻分别为4.12k欧姆、24.9k欧姆、1.21欧姆、5.62 k欧姆；
17.第一二阶低通滤波电路中第一电容、第二电容的容值分别为75pf、75pf。
18.在一种可能的设计中，所述第三二阶低通滤波电路中第一电阻、第二电阻、第三电
阻、第四电阻分别为280欧姆、2.43 k欧姆、3.92欧姆、2.7k欧姆；
19.第一二阶低通滤波电路中第一电容、第二电容的容值分别为2.4nf、240pf。
20.本实用新型具有以下优点：
21.采用本方案的滤波电路，其具有高增益、高带外抑制并能稳定工作的特点，适于低频放大及滤波的需求。
附图说明
22.图1 为本实用新型的结构示意图；
23.图2 为sallen-key滤波器的示意图；
24.图3 为图1电路的仿真图；
25.图4 为图1的优化电路。
具体实施方式
26.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.本实用新型公开一种rc滤波器，包括依次电性连接的第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路，所述第一二阶低通滤波电路、第二二阶低
通滤波电路和第三二阶低通滤波电路均为sallen-key滤波器。sallen-key滤波器包括运算放大器、电阻和电容构成，所述sallen-key滤波器中不同电阻阻值不同。
33.传统的rc滤波器对放大器的频率响应不敏感，在近段及远端滤波效果不能满足大部分的使用环境，而抑制度稍好的multiple feedback模型不能很好的进行增益控制。本方案采用sallen key 模型设计6阶有源滤波放大器，得到高抑制度和高增益的指标。通过对电阻阻值和电容容置的设置改善部分抑制度，以满足低频放大及滤波的需求。
34.具体的，第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路的sallen-key滤波器具体的采用如图2所示的电路原形，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和运算放大器。所述第一电阻和第二电阻相串联后一非公共端为输入端且另一端与所述运算放大器的同相输入端连接；所述第一电容连接在所述运算放大器的输出端与第一电阻和第二电阻的公共端之间；所述第二电容的一端接地且另一端连接在运算放大器的同相输入端；所述第三电阻和第四电阻相串联后一非公共端接地、另一非公共端连接在所述运算放大器的输出端且公共端与所述运算放大器的反相输入端连接。
35.ꢁ
为了简化分析，考虑在 s 域分析上述电路。利用 kirchoff 节点电流定理，流过 r1 的电流等于流过 r2，c1的电流之和。方便起见，将 r1，r2，c1 连接节点电压临时设为 vx。利用工作在放大区域的运放“虚短”特性，可以知道运放两个输入端的电压都都与 vo。于是有如下方程：
[0036][0037]
ꢁꢁ
两边乘以 r1,r2消除分母，可得：
[0038][0039]
ꢁꢁ
在根据 vx，vo之间的关系是 r2，c2 的分压关系，可以知道：
[0040][0041]
ꢁꢁ
这样可以得到：
[0042][0043]
ꢁꢁ
将 （4）代入（1）经过化简可以得到滤波器输入输出之间的传递函数
[0044][0045]
ꢁꢁ
根据标准的二阶系统的形式：
[0046][0047]
ꢁꢁ
可以得到系统的自然谐振频率 ωn和阻尼系数 ζ ：
[0048][0049][0050]
故取不同的r1、r2及c1和c2的值能实现不同效果的滤波器特性。
[0051]
示例性的，基于上述原理，rc滤波器采用如图1所示的电路结构。根据工作频率以及增益要求选取合适的运算放大器。适合作为滤波电路的运放为电压反馈型运算放大器，根据40db增益的要求，需选取gbw≥60mhz的运算放大器，故选用ltc6220为本次设计的主运放。其仿真结构如图3所示。
[0052]
对图1所示的电路进行优化得到图4所示的电路。
[0053]
图4中，u1、r8、r7、c4、c1、r4、r3构成了二阶低通型sallen key的滤波放大电路，此电路实现了图1所示的a电路即第一二阶低通滤波电路的电路特性，具有高增益的特点，但在电路平坦度上不能满足最终的指标需求。由此引入了由u3、r9、r10、c3、c6、r1、r2所构成的b电路模型即第二二阶低通滤波电路，此电路实现了图1中的b电路的特点，具有较低的增益和较为平坦的带内波动，b电路主要用于对a电路和c电路进行匹配，防止整个链路因增益过高引起的自激情况。由于b电路主要用于匹配a和c电路即第三二阶低通滤波电路，故其带外抑制并不能很好的满足指标要求。还需引入由u2、r5、r6、c5、r12、r11和c2所构成的c电路，该电路具有更低的增益和更为陡峭的带外抑制曲线，能提供更高的带外抑制度，且a电路与c电路之间，通过b电路进行隔离后，整条链路能更好的进行匹配和级联具有更好的稳定性。整条链路通过a电路提供的高增益、b电路提供的级间缓冲匹配、c电路提供的高带外抑制特点。最终使得整个链路满足了高增益、高带外抑制并能稳定工作的特点。其频率响应的仿真图表明，在100hz~200khz频带内，增益为41db满足增益40
±
2db的指标要求，带内波动＜2db，满足指标要求，在500khz处增益为-5.2db，故阻带抑制为46db，满足＞40db的指标要求。
[0054]
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种rc滤波器，其特征在于，包括依次电性连接的第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路，所述第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路均为sallen-key滤波器；所述sallen-key滤波器中不同电阻阻值不同。2.根据权利要求1所述的一种rc滤波器，其特征在于：所述sallen-key滤波器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容和运算放大器，所述第一电阻和第二电阻相串联后一非公共端为输入端且另一端与所述运算放大器的同相输入端连接；所述第一电容连接在所述运算放大器的输出端与第一电阻和第二电阻的公共端之间；所述第二电容的一端接地且另一端连接在运算放大器的同相输入端；所述第三电阻和第四电阻相串联后一非公共端接地、另一非公共端连接在所述运算放大器的输出端且公共端与所述运算放大器的反相输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种rc滤波器，其特征在于：所述第三二阶低通滤波电路的运算放大器输出端连接一接地电阻。4.根据权利要求2所述的一种rc滤波器，其特征在于：所述运算放大器为lt6200。5.根据权利要求4所述的一种rc滤波器，其特征在于：所述第一二阶低通滤波电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻分别为3.83k欧姆、6.04 k欧姆、178 欧姆、1.69 k欧姆；第一二阶低通滤波电路中第一电容、第二电容的容值分别为68pf、68pf。6.根据权利要求4所述的一种rc滤波器，其特征在于：所述第二二阶低通滤波电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻分别为4.12k欧姆、24.9k欧姆、1.21欧姆、5.62 k欧姆；第一二阶低通滤波电路中第一电容、第二电容的容值分别为75pf、75pf。7.根据权利要求4所述的一种rc滤波器，其特征在于：所述第三二阶低通滤波电路中第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻分别为280欧姆、2.43 k欧姆、3.92欧姆、2.7k欧姆；第一二阶低通滤波电路中第一电容、第二电容的容值分别为2.4nf、240pf。

技术总结
本实用新型公开了一种RC滤波器，包括依次电性连接的第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路，所述第一二阶低通滤波电路、第二二阶低通滤波电路和第三二阶低通滤波电路均为Sallen-Key滤波器；所述Sallen-Key滤波器中不同电阻阻值不同。其具有高增益、高带外抑制并能稳定工作的特点，适于低频放大及滤波的需求。于低频放大及滤波的需求。于低频放大及滤波的需求。


技术研发人员：张瑞 刘畅 何杨
受保护的技术使用者：成都威频科技有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/7/28