名称：一种双运放椭圆函数、反切比雪夫有源低通滤波器电路

专利人：王致华

专利号：202011600094.8

技术领域

本发明涉及模拟微电子技术领域，具体为一种利用两个运放构成椭圆函数、反切比雪夫有源滤波器的电路。

背景技术

有源滤波器是电子电路信号调理技术中的重要构成部分，广泛应用于通信技术、仪器仪表、工业测控、军事电子等电子电路中用以消除信号和电子设备的带外噪声。有源滤波器的传递函数形式主要有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、反切比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器，其频率特性可分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。其电路构成按照使用运放数目分为单运放电路、双运放电路、三运放电路、四运放电路。

专业滤波器设计文献介绍的椭圆函数滤波器有：三运状态变量椭圆函数滤波器、三运放电压跟随(VCVS)椭圆函数滤波器、三运放三电容椭圆函数滤波器，特别是当频率响应曲线很陡峭时甚至还需要使用四个运放来实现一个2阶状态变量椭圆函数滤波节，即四运放电路，3-4运放电路的2阶滤波节可实现高达200的Q值，具有优异的稳定性，能满足各种椭圆函数滤波器的实现；此外也有用T型网络和一个运放构成的单运放构成的VCVS椭圆函数滤波器，单运放电路一般限于Q值不高的情况，单运放电路虽然所用运放数量最少、但其电路的稳定性、元件的灵敏度、元件值的离散度、电路对称度等指标都不高，所以一般限于稳定性要求不高且2阶滤波节的Q值不超过10的场合。

此外，状态变量椭圆函数滤波器当改变增益时频率特性曲线的形状会随之改变，如果想利用滤波器进行程控增益放大就很不方便。

显然，包含三个及以上运放的椭圆函数滤波器其性能比较好，但其功耗较大，电路体积也较大，成本较高；而单运放的椭圆函数滤波器其电路的对称性以及稳定性等指标又不太好；因此缺少一种电路构成运放数量较少、同时具有稳定性好、元件值离散度小、电路对称度高、且能够实现独立增益编程的椭圆函数低通滤波器。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种双运放椭圆函数、反切比雪夫有源低通滤波器电路，该电路可实现Q值高达100的二阶椭圆函数滤波节，其对称性好、性能稳定、相比于3运放、4运放状态变量椭圆函数滤波器节省了一到二个运放，降低了功耗、有利于缩小电路体积、降低滤波器成本；并且本发明电路还是一个天然的增益放大器且此增益可独立控制而不影响电路的滤波特性，这就使得本发明电路特别适用于构成小信号滤波-放大器和程增益控滤波器，可使电路进一步简化，电路成本进一步降低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双运放椭圆函数、反切比雪夫有源低通滤波器电路，包括信号输入端Vs、信号输出端Vo及输入输出信号公共端GND，其特征在于，还包括电阻Rq1、电阻Rq2、电阻Ra、电阻Rb、电阻Rd、电阻Ri、电阻Ro、电容Ca、电容Cb、运放U1A和运放U1B，电阻Rq1、电阻Ri及电容Ca的一端连接于节点p1；作为输入端连接到输入信号Vi；电阻Rq1的另一端、电容Ca的另一端、电阻Rq2及电阻Ra的一端、运放U1A的同相输入端连接于节点p2；电阻Rq2的另一端连接到输入输出信号公共端GND；电阻Ra的另一端、电容Cb的一端、运放U1B的输出端连接于节点p3；电容Cb的另一端、电阻Rb的一端、电阻Rd的一端、运放U1A的反相输入端和U1B的反相输入端连接于节点p4；电阻Rd的另一端连接到输入输出信号公共端GND；电阻Ri的另一端、电阻Ro的一端、U1B的同相输入端连接于节点p5；电阻Ro的另一端、电阻Rb的另一端、运放U1A的输出端连接于p6节点作为信号Vo的输出端。

优选地，所述电容Ca、电容Cb取值相同；

优选地，所述电阻Ra、电阻Rb取值相同；

优选地，所述电阻Ri、电阻Ro取值相同任意值；

优选地，所述电阻Rq1、电阻Rq2取值相同；

优选地，所述运放U1A、运放U1B封装在同一芯片中；

优选地，所述信号输入端Vs接输入分压衰减器，所述输入分压衰减器由Rs1、Rs2构成，输入信号Vs经过Rs1、Rs2分压后得到Vi连接到p1节点；

优选地，所述输入分压衰减器的输出之后插入一个运放，并跟随输出到输入节点p1；此增益衰减并不影响二阶滤波节的频率特性。由于电路总增益是衰减器增益与电路自然增益之综合，因此改变输入衰减就能够方便改变电路增益；

优选地，还包括在第一个二阶滤波节上使用输入分压衰减器。

本发明的有益效果在于：对称性好、性能稳定、设计及使用简单、相比于3、4运放状态变量椭圆函数滤波器节省了1至2个运放，降低了功耗、有利于缩小电路体积、降低滤波器成本。本发明电路的另一有益效果是它具有天然的增益放大特性且增益可独立控制而不影响滤波特性，从而能够方便构成滤波-放大器和程增益控滤波器，可使电路进一步简化，电路成本进一步降低；