19、一阶和二阶滤波器节的原理与实现

一阶和二阶滤波器节的原理与实现

1. 引言

许多有源滤波器结构基于一阶和二阶滤波器节。本文将先探讨不同类型滤波器节的传递函数，接着对基于电阻、电容、一个或多个运算放大器、跨导器或电流传送器的不同实现方式进行分类、分析和比较。

1.1 集成模拟电路的问题

集成模拟电路存在一些问题。电容需要较大的芯片面积，且由于制造工艺的差异，电容值的公差变化显著。电阻值被限制在相对较小的区间内，其公差变化也较为明显。

1.2 开关电容（SC）滤波器

SC 滤波器采用的电路技术基于频率响应取决于两个电容的比值，而非绝对电容值这一事实。即使电容值变化 -10% 或更多，两个电容比值的误差也可控制在小于 0.1%。电容在集成模拟滤波器所需的芯片面积中占主导地位，目前经济上可集成在芯片上的总电容通常小于 30 pF。

1.3 集成有源滤波器的调谐

依赖元件值比值的电路技术并不直接适用于集成有源滤波器。由于有源元件和电容值变化较大，且滤波器特性取决于绝对值，因此需要使用特殊的电路来调谐频率响应。调谐必须在滤波器工作时进行，因为元件值会随温度和电源电压变化。

1.4 跨导 - 电容（Transconductor - C）滤波器

大量的跨导 - 电容滤波器被制造并应用于硬盘的读写通道等。这些滤波器是可编程的，因为带宽需要根据访问的磁道进行调整。

1.5 模拟滤波器集成的研究趋势

跨导 - 电容滤波器和其他模拟滤波器集成方法是当前的活跃研究课题，因为将整个信号处理系统集成在单个芯片上是一种趋势。集成整个系统有助于减小物理尺寸、降低功耗，