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滤波器低通到高通转换,这样处理就行了!

2017-09-06 阅读:
滤波器一般用低通原型进行描述,因为低通是标准配置。如何将低通极点转换成高通极点?

关于极点

受原点零值的影响,其直流响应并不平坦,而是n ×(20 dB/十倍频程)的上升响应,其中n为极点数。在转折频率条件下,受极点影响,上述上升响应会增加n × (–20 dB/十倍频程)的响应。结果是,在转折频率以外,会呈现平坦的响应。mhPednc

以1/s缩放传递函数,可将低通原型转换成高通滤波器。mhPednc

实际上,这通常相当于将电容变成值为1/C的电感,而对于无源设计,则相当于将电感变成值为1/L的电容。对于有源设计,电阻变成值为1/R的电容,而电容则变成值为1/C的电阻。这仅适用于频率设置电阻,不适用于增益设置电阻(即并非适用于电路中的每个电阻或电容)。mhPednc

一种转换算法

考察转换的另一种方式是研究s平面的转换。低通原型的复数极点对由一个实部α和一个虚部β构成。归一化高通极点通过以下公式算出mhPednc

015denc20170906mhPednc

以及mhPednc

016denc20170906mhPednc

这样,一个简单的极点α0转换成mhPednc

017denc20170906mhPednc

低通零点(ωZ,LP)通过以下公式转换mhPednc

018denc20170906mhPednc

此外,原点处将增加与极点数量相等的零点。mhPednc

在将归一化低通原型极点和零点转换成高通之后,接着以与低通相同的方式(即以频率和阻抗)进行反向归一化处理。mhPednc

作为例子,此处转换的是一个1 kHz、3极点、0.5 dB切比雪夫滤波器。选择切比雪夫滤波器的原因在于,如果响应不正确,它可以更清楚地显示出来;这种情况下,巴特沃兹则可能过于宽松。选择3极点滤波器是为了分别转换一个极点对和单个极点。mhPednc

极点位置

低通原型的极点位置来自设计表。mhPednc

表1mhPednc

019denc20170906mhPednc

第一级为极点对,第二级为单极点。请注意,用α表示两个完全不同的参数的做法是不可取的。左侧的α和β为复平面上的极点位置。这些是转换算法中使用的值。右侧的α为1/Q,这正是物理滤波器设计等式所希望看到的。转换结果将产生如表2所示结果。mhPednc

表2mhPednc

020denc20170906mhPednc

这里需要提醒一下,由于描述切比雪夫滤波器的一种习惯做法(即此处所用做法)是引用误差带的末端而非3 dB频率,因此,F0必须除以(高通)纹波带与3 dB带宽的比值。mhPednc

用Sallen-Key高通拓扑结构来构建滤波器,原理图见图1。mhPednc

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图1. 高通转换mhPednc

图2所示为低通原型和高通转换的响应。请注意,它们在1 kHz截止频率左右是对称的。还应注意,0.5 dB误差带位于1 kHz,而不是−3 dB点,这是切比雪夫滤波器的一个特征。响应的对称性验证了转换的精度。mhPednc

022denc20170906
图2. 低通和高通响应mhPednc

从低通到高通滤波器的转换,上述算法你get到了么?mhPednc

(来源:亚德诺半导体)mhPednc

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