滤波器基础系列博客,传送门:
滤波器基础01——滤波器的种类与特性 – 徐晓康的博客 (myhardware.top)
滤波器基础02——滤波器的传递函数与性能参数 – 徐晓康的博客 (myhardware.top)
滤波器基础03——Sallen-Key滤波器、多反馈滤波器与Bainter陷波器 – 徐晓康的博客 (myhardware.top)
滤波器基础04——全通滤波器 – 徐晓康的博客 (myhardware.top)
滤波器基础05——巴特沃斯、切比雪夫与贝塞尔滤波器 – 徐晓康的博客 (myhardware.top)
滤波器基础06——滤波器设计软件 – 徐晓康的博客 (myhardware.top)
前言
模拟滤波器的设计要考虑的因素很多,包括截止频率的选取、Q值确定、衰减速度、元器件选值与误差等等,如果都靠手算的话将非常复杂,特别是对于高阶滤波器,几乎是不可能完成的任务,而借助于成熟的滤波器设计软件,我们就可以快捷的设计出符合要求的滤波器,然后再仿真验证一下,基本就能够保证设计的正确性。
一些滤波器设计软件已经非常成熟,但必须有一定的滤波器理论基础才能知道如何使用,像你必须知道什么是Bode图,什么是SK型滤波器等,弄懂这些基础概念后,再借助软件设计滤波器就能事半功倍,这也是我写滤波器基础系列博客的目的,弄懂基础概念,而不侧重如何设计。
下面介绍几款流行的滤波器设计软件。
一. ADI滤波器设计向导
此工具仅针对有源模拟滤波器。全中文界面,在线工具,没有离线版本。
1.1 选择滤波器类型
ADI的工具只能设计低通、高通与带通滤波器,无法设计带阻与全通滤波器。
1.2 设置滤波器特性参数
可设置增益、截止频率、衰减速度等,可查看Bode图,确定需要的滤波器特性。
1.3 确定电路元件值
补偿GBW,GBW全称是Gain Bandwidth即增益带宽。补偿增益带宽意思是运放的带宽有限,原本设计的截止频率是100k,因为运放带宽不够,截止频率衰减为95k,这时如果设计截止频率为105k,这样衰减后的频率为100k,正好是我们需要的频率,这就是补偿的意义。
补偿的效果有限,也有一些负面作用,通常需要保证运放带宽足够(100倍的截止频率左右),而不依赖补偿GBW选项。
ADI的设计只会使用自家的运放,但运放的型号通常不关键,只需保证运放增益为滤波器截止频率的100倍左右即可。
1.4 确定元件容差
一般保持默认即可,电阻误差1%,电容误差5%。
1.5 获取设计与仿真电路
无需登录,点击获取设计即可下载设计文件和相应仿真文件。
获取的设计文件目录如下图所示。
二. TI滤波器设计工具
与ADI工具一样,仅针对有源模拟滤波器,英文界面,同样是在线工具,没有离线版本。
2.1. 选择滤波器类型
TI工具滤波器类型齐全。
2.2 设置滤波器响应
设置滤波器通带与阻带特性,选择某种滤波器响应函数(如贝塞尔、巴特沃斯、切比雪夫等),查看相关特性曲线,确定滤波器性能符合要求。
2.3 滤波器电路拓扑选择
低通、高通、带通对应SK拓扑,多反馈拓扑。
带阻滤波器对应Bainter陷波器拓扑。
全通滤波器对应单极点拓扑与SK拓扑。
点击右下角CREATE DESIGN获取设计,需要登录TI账号。
2.4 导出设计
2.5 导出PDF报告
仿真电路导出需要安装TINA-TI,可能以后会转成Pspice for TI工具,TI现在主推是这个。
导出的报告如下图所示。
三. FilterLab
FilterLab V2.0是微芯推出的有源模拟滤波器设计工具,免费的,安装版,可离线使用。
这款工具是2003年推出的,已经很老了,但在Win10 和 Win11上依然可以正常使用。
3.1 下载
官网下载地址:FILTERLAB FILTER DESIGN SOFTWARE | Microchip Technology
3.2 安装
一路Next即可。
3.3 使用
支持低通、高通。带通三种类型,响应类型支持巴特沃斯、贝塞尔与切比雪肤。
主界面如下图所示。可查看Bode图,电路图与Spice模型。
这款工具功能肯定不如ADI和TI的工具强大,但也满足基本使用了,最重要的是它可以离线使用,不用担心什么时候工具就用不了了。
四. Filter Solutions
前面都是有源模拟滤波器设计工具,此工具是可设计无源滤波器。
4.1 简介
Filter Solutions 2019是一款功能强大的滤波器设计与分析软件,由Nuhertz公司精心推出打造而成。软件主要能够提供具有寄生效应的无源(集总和分布式),有源和开关电容电器合成和修改分析,以及具有C代码生成和有限精度分析的数字滤波器IIR和FIR设计,这样可以大大的提高滤波器设计精度。因此被广泛应用于通信系统、军事电子、医疗、仪器仪表、石油勘探和天线设计等领域。除此之外,软件还具备快速,方便,高功率等特色,为用户提供了丰富的高级功能和简化的界面。借助于软件,大家能够轻松进行滤波器的分析、设计和模拟。 同时具有寄生效应,以及数字滤波器IIR和FIR设计与C代码生成和有限精度分析,能够为企业提供复杂的滤波器设计电气工程解决方案。全新版本的Filter Solutions 2019是由多个子模块组成,包括无源滤波器、分布式滤波器、有源滤波器、数字滤波器、开关电容器和 Zmatch(用于创建阻抗匹配电路)等等。
4.2 下载
Filter Solutions 2019破解版(滤波器设计软件)下载 v16.0.0 – 多多软件站 (ddooo.com)
4.3 安装
双击FS16_0_0.exe开始安装。
然后一路Next即可。
4.4 和谐
替换完成即和谐成功。
打开软件,Help -> About,显示如下即全功能和谐成功。
4.5 使用
刚学,正摸索中。
软件界面实在是太糟糕了,看着像是90年代的界面,非常难看,希望后续版本界面能优化下,跟上时代。
五. 软件分享
FilterLab V2.0 与 Filter Solutions 2019 16.0.0。
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六. 其它
是否还有其它优秀的模拟滤波器设计工具?
欢迎评论告知。
数字滤波器设计可以使用Matlab的滤波器设计工具箱。以后研究数字滤波器时可能会针对此工具写篇博客。
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