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基于电位器或DAC实现的可变频高斜率滤波器

作者:时间:2014-11-05来源:网络

  模拟可变频要求使用可变无源器件。斜率越大,所需的可变无源器件就越多。这些元件很多时候是。例如具有18dB/8倍频斜率的低通巴特沃斯需要使用一个三组。如果我们同时需要重新调谐低通和高通滤波器,那么必要的电阻抽头数量将翻倍。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/264927.htm

  当我们需要同时重新调谐多个相同的滤波器时也是这样。这些多组电位器非常昂贵,而且很难找到。另外一个问题是它们的群误差,在实际使用中大约有3dB的误差。这些电位器的体积通常也很大。另外,电位器磨损会产生“杂音(zipper)”噪声。

  实现这些滤波器的另外一种方法是使用有源元件代替可变无源元件。最合适的元件是压控放大器--VCA。VCA电路的变量是增益,它会根据外部控制电压发生变化。

  VCA单元最常见的是被设计成电流入/电流出器件,并且在电压敏感控制端口呈指数响应。

  VCA单元的增益是:

  

 

  

 

  图1:典型的VGA电路

  输入电压Vin通过电阻R转换成输入电流Iin.VC是调制增益的控制电压。VCA控制增益的过程是:将输入电流信号转换成双极性对数电压,再与直流控制电压VC相加,然后将加起来的和电压通过反对数电路重新转换回电流。VCA输出电流Iout通过基于运放的I-V转换成电压Vout,如图1所示,其中的转换比取决于输出和反相输入之间连接的反馈电阻。经过VCA和输出运放的信号路径是同相的,因为VCA是反相的。如果VC引脚接到地,那么输出电流将等于输入电流。

  如果用分贝刻度(图2),控制电压和增益之间的关系就是线性的:

  

 

  每家VCA制造商提供的响应刻度是不一样的。例如,SSM2164是-33mV/dB,SSM2018是-30mV/dB,THAT2180是±6,1mV/dB。

  

 

  图2:SSM2164的增益与控制电压关系

  让我们从一阶低通滤波器例子开始吧:

  

 

  图3:基于运放的单极点低通滤波器

  该滤波器的截止频率是:

  

 

  这种滤波器的截止频率很多时候是因为调整了电阻RS而改变的。如果前面的电路中使用压控放大器,滤波器原理图将变成如下所示:

  

 

  图4:基于VCA的单极点低通滤波器

  这是典型的一阶低通滤波器,但截止频率取决于VCA增益。如果增益是1,VCA的行为如同短路一样,截止频率仅取决于Rs和Cs值。如果增益大于1,VCA相当于一个负电阻(截止频率提高)。如果增益小于1,VCA相当于一个电阻(截止频率下降)。

  在使用VCA后,滤波器的截止频率等于:

  

 

  ,其中G代表VCA增益。

  

 

  图5:图4中的滤波器的频率响应

  如果我们想用VCA同时控制低通和高通滤波器,最好是使用状态变量滤波器(图6)。状态变量滤波器由积分器(OA2)与和/差放大器(OA1)组成。来自所有级电路的信号都用于反馈。这些滤波器具有较低的元件值敏感性,设计很简单。

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关键词: 滤波器 电位器 DAC

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