基于LT1568的高频段有源滤波器的设计
摘 要： 对于高频信号，传统的由分立元件搭建的LC无源滤波网络，设计过程复杂，对信号衰减较大。为了简化高频段滤波器的设计过程、提高滤波效率，提出了使用低噪声高频有源RC滤波芯片LT1568来设计高频滤波电路，介绍其性能，分析了其工作原理。并以高频多普勒接收机内部带通滤波器设计为例，介绍滤波电路的设计方法。实验仿真表明用其搭建的高频有源滤波电路滤波效果明显、电路简单、方便易用。
关键词： LT1568； 低噪声； 高频多普勒接收机； 有源滤波
中图分类号： TN713+.8 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）02?0116?03
Design of high?band active power filter based on LT1568
YU Tao， ZHOU Xiaoming， YUAN Zhigang
（College of Electronic Information， Wuhan University， Wuhan 430072， China）
Abstract： The traditional LC passive filtering network for high?frequency signal which is constructed by discrete components has complex design process and may cause strong signal attenuation. To simplify the design process of the high?band filter， and improve the filtering efficiency， a method to design the high?frequency filtering circuit with the low?noise high?frequency active RC filtering chip LT1568 is proposed. The performance of the circuit is introduced， and its working principle is analyzed. By taking the design of the band?pass filter in high?frequency Doppler receiver as an instance， the design method of the filtering circuit is presented. The experiment simulation results demonstrate that the high?frequency active filtering circuit has obvious filtering effect and simple structure. The circuit is easy to use.
Keywords： LT1568； low noise； high frequency Doppler receiver； active filtering
0 引 言
滤波器在电路系统的设计中有着很广泛的应用，例如对调制信号、接收信号、混频后的中频信号的处理过程中都涉及滤波，从而滤除干扰信号，达到提高信号准确性的目的。常用的滤波方法包括用R，L，C构成的无源滤波器和用运算放大器构成的有源滤波器[1]。
在高频接收机内部，常常需要对频率较高的信号进行滤波。传统的有源滤波方法中运算放大器会受到增益带宽积的限制，不能通过较高的频率，且会引入较大的噪声[2]，所以常常采用R，L，C组成无源滤波电路。但无源滤波电路需要同时进行复杂的参数设计与端接阻抗匹配设计，信号经过LC滤波网络后还会有一定的衰减，且电容、电感元件值会有较大的误差，影响滤波性能[3]。高频有源RC滤波单元式部件LT1568只需要设定几个外部电阻的阻值便可实现截止频率最高至10 MHz的低通或带通滤波器的设计，相比传统的LC无源滤波更加简单易用，且能得到更好的滤波效果。
本文以高频多普勒接收机内将400 kHz方波转化为400 kHz正弦波的带通滤波器设计为例[4]，介绍了基于LT1568的滤波器设计方法。
1 LT1568简介
LT1568是Linear Technology公司推出的具有轨到轨输入和输出的低噪声、高频有源RC滤波单元式部件[5]。该芯片可采用单电源3 V或双电源[±5]V供电。芯片内部包含2个二阶滤波单元，每个滤波单元只需要3个外部电阻即可构成二阶滤波器。
两个二阶滤波器可以分开使用，也可以级联为简单的四阶滤波器。通过调整单个电阻器的阻值来设定低通截至频率，截至频率范围可达200 kHz～5 MHz，不对称的电阻器阻值可将截止频率扩展至100 kHz～
10 MHz，采用不同的电阻器阻值可实现带增益或不带增益的低通转移函数（巴特沃斯、切比雪夫或定制）。LT1568具有极低的噪声，信噪比可以超过90 dB。其芯片结构图如图1所示。
2 LT1568滤波器软件设计
为了简化LT1568滤波器设计过程，Linear Technology公司提供了LT1568滤波电路设计辅助工具LT1568 Design。这个设计辅助工具基于Excel表格，简单易用，只需输入滤波器的类型、截止频率、通带增益、3 dB带宽等信息，即可给出符合设计参数的滤波器的外部电阻或电容的值与电路原理图。设计软件主界面如图2所示。
图2 设计软件主界面
为了设计将400 kHz方波转化为400 kHz正弦波的带通滤波器，首先确定滤波器性能要求。由于方波信号的频谱中只有基频的奇次谐波[6]，400 kHz的基频分量与1.2 MHz的三次谐波之间频率范围很宽；所以对于带通滤波器的通频带宽度和过渡带要求不高，设定中心频率为400 kHz，3 dB带宽为80 kHz，通带增益为0 dB，类型为四阶带通滤波器。
在辅助设计工具中输入参数，得到外部器件参数如表1所示。
表1 器件参数值
同时得到电路原理图如图3所示。
图3 电路原理图
图3中C11，R21，R31与LT1568的A单元构成二阶滤波器，C12，R22，R32与B单元构成二阶滤波器，A单元的输出端OUTA与B单元的输入端INVB连接，级联为带通滤波器。注意[EN]引脚为使能端，接地后芯片才可以正常工作。C1，C2为去耦电容，可以降低元件耦合到电源端的噪声[7]。电路采用[±]5 V双电源供电。
3 电路测试结果
按照设计软件给出的原理图连接电路，在电路输入端输入400 kHz方波信号如图4所示，利用示波器观察记录输出波形如图5所示。
图4 输入信号波形
图5 滤波输出波形
可见输出波形为正弦波，频率为400 kHz，说明滤波器有效地滤除了方波信号中除基频分量外的其他谐波分量，实现了400 kHz方波转化为400 kHz正弦波的功能。为了得到滤波电路的幅频特性曲线来进一步观察滤波器的性能[8]，利用示波器的FFT功能在频域内观察滤波器的输出信号如何随输入信号的变化而变化。示波器接滤波电路输出端，打开FFT功能，设定观察频率范围为0～1 MHz，屏幕网格中心竖线对应的频率为500 kHz，纵向每一大格表示20 dB幅度变化，余晖残留时间设为正无穷以保留屏幕上显示的每根谱线[9]，利用信号源给滤波电路输入一个正弦波信号，然后连续改变输入信号的频率，对应的输出信号在频域的谱线会显示在示波器上，谱线的幅度会随着输入信号频率的改变而发生变化，最终在示波器上得到的图像即为滤波器的幅频响应特性曲线，如图6所示。由得到的幅频特性曲线可见，电路实现了带通滤波的功能[10]，中心频率在400 kHz处，3 dB带宽大约为80 kHz，基本满足设计要求。
图6 滤波器幅频特性曲线
4 结 语
通过对利用LT1568设计的带通滤波器过程的介绍，给出了高频段信号滤波器设计的新方法。采用具有极低噪声的高频有源RC滤波芯片LT1568代替传统的LC无源滤波网络搭建滤波器，极大地降低了设计的复杂度，且能得到更好的滤波性能，具有很高的应用价值。
参考文献
[1] 殷苏民，吉彬斌，鲍红力，等.基于MAX263的带通跟踪滤波设计[J].电子技术应用，2012，38（1）：54?56.
[2] 胡铭，陈珩.有源滤波技术及其应用[J].电力系统自动化，2000，24（3）：66?70.
[3] 冯晶天，陈松，肖芬.基于混合参数元件的无线双频带通滤波器设计[J].现代电子技术，2012，35（2）：154?156.
[4] 袁志刚，宁百齐，袁洪.高频多普勒频移和到达角实时探测与分析[J].电波科学学报，2001，16（4）：487?492.
[5] Linear Technology. LT1568 very low noise， high frequency active RC， filter building block [R]. Canada： Linear Technology， 2010.
[6] 郗艳华.基于Matlab周期信号的分解与合成[J].计算机与现代化，2011（9）：156?158.
[7] 周磊，刘庆想，张健穹，等.印制电路板去耦网络优化设计[J].微波学报，2014（z1）：612?614.
[8] 王大伟，贾荣丛，王划一.基于Matlab的巴特沃斯滤波器设计[J].现代电子技术，2012，35（21）：71?75.
[9] Agilent Technologies. Agilent InfiniiVision 3000 series users guide [M]. US： Agilent Technologies， 2013.
[10] 许光，周斌，李坤，等.基于FilterPro与Proteus的带通滤波器设计[J].现代电子技术，2013，36（10）：24?26.
