第２６卷第４期 集溅，翘 ：通 讯 、，ｏ１．２６ Ｎ０．４ ２０ｏ８年１２月 ｊＩＣＨＥＮＧＤｌＡＮＬＵ ＴＯＮＧＸＵＮ Ｄｅｃ．２００８ 基于０ＲＣＡＤ／Ｐｓｐｉｃｅ１０．５的ＲＣ带通滤波器的设计与仿真 王晓臣 刘海亮 （中国兵器工业第２１４研究所 蚌埠２３３Ｏ４２） 摘要 简要介绍Ｐｓｐｉｃｅ１０．５的特点以及其有源滤波器仿真的基本方法，对有源滤波器的设计方 法进行了详细的分析，实现了巴特沃斯带通滤波器设计，并用仿真软件Ｐｓｐｉｃｅ对设计结果进行了仿真。 关键词 有源模拟滤波器 巴特沃斯仿真设计 １ 引 言 供混合信号模拟用的ＰｓｐｉｃｅＲＡＵ／ＤＢａｓｉｃｓ，供电路 板设计的ＯｒＩ＝ＡＤＬａｙｏｕｔＲ以及供高密度电路板自 随着数字化进程的不断推进，数字滤波器越 动绕线的ＳＰＥＣｃＴＲＡＲ ４ｕ。新加入的ＳＰＥＣ— 来越广泛的应用在各个领域之中。但是模拟滤波 ＣＴＲＡ，用以支持日益复杂的各种高速、高密度印 器凭借自身的优势仍然有很高的研究价值。所有 刷电路板设计。 数字系统的前端，一般需要一个对微弱信号预处 Ｏｒｌ：ＡＤ／ＰＳｐｉｃｅ １Ｏ．５软件的功能特点有： 理的部分，在抽样量化之前还需要一个对信号最 （１）对模拟电路不仅可进行直流、交流、瞬态 高频率进行的处理，这些都只能使用模拟滤 等基本电路特性分析，而且可进行参数扫描分析 波器。ＲＣ有源滤波器是模拟滤波器中最实用、应 和统计分析。 用最广泛的滤波器。其标准化电路的种类很少， （２）以ＯｒＣＡＤ／Ｃａｐｔｕｒｅ作为前端，除了以利 仅使用运放及Ｒ、Ｃ元件，因此非常便于集成，这 用ｃａｐｔｕｒｅ的电路图输入这一基本功能外，还可 给推广应用带来性影响。因为不使用电感、 以实现ＯｒＣＡＤ中设计项目统一管理。 特别是大体积电感，也因为运放在性能的不断改 （３）将电路模拟结果和波形显示分析两个模 进，有源滤波器已经变得比无源滤波器还有优势。 块集成在一起。Ｐｍｂｅ只是其中的一个窗口，在屏 本文介绍了一种常用ＲＣ有源滤波器的结构，以 幕上可同时显示波形和输出文本等内容，Ｐｒｏｂｅ 巴特沃斯带通波器没计为例，完成了其设计过程， 还具有电路性能分析功能。 并利用电子仿真软件Ｐｓｐｉｃｅ进行了仿真。 （４）使用ＰＳｐｉｃｅ优化器能调整电路，在一定 １ ＯｒＣＡＤ／Ｐｓｐｉｃｅ１０．５简介 的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到 电路的性能达到要求为止。 对于仿真技术而言，目前最流行的是以美国 伯克利分校开发的ｓｐｉｃｅ为核心的仿真软件，而 ２ ＲＣ有源滤波器的设计 以Ｓｐｉｃｅ为核心开发的最好的仿真软件是０ｒ— 根据线性系统理论，ｎ阶滤波器的传递函数 ＣＡＤ／Ｐｓｐｉｃｅ１（）．５。其之所以流行就是因为它能很 的一般形式为 好地运行在Ｐｃ平台上且能很好地进行模拟数字 混合信号的仿真，而且能解决很多设计上的实际 ㈩ 问题。０ｒＣＡＤｌ０．５在以前版本的基础上扩展了 （１）式中，ｍ≤ｎ；一个复杂的传递函数可以分 许多功能，包括供设计输人的Ｏ ＡＤｃ印ｔｕｒｅＲ， 解成几个简单的传递函数的乘积 、一卜式中，若ｎ 第２６卷第４期 篆域 《； 姜 １５ 为偶数，可分解为ｎ／２个二阶滤波器的级联；而若 ｎ为奇数，则可分解成一个一阶滤波器和（ｎ—１）／ ２个二阶滤波器的级联。一阶、二阶滤波器是构 系数ｂ。、ｂ ｂ：决定了传递函数的零点位置，即决 定滤波器类型（低通、高通、带通、带阻），分母系 数 。决定滤波器的特性。本文介绍的滤波器 成高阶滤波器的基本单元，二阶滤波器单元传递 结构是压控电压源型（ＶｃＶＳ），电路结构如下： 函数可以写为：Ａ（。）： ± 其中分子 ２．１压控电压源电路分析 Ｏ 图ｌ 压控压源双二次型典型电路 由理想运算放大器性质可知，“虚短”时ｕ＋ 因数。Ｙ 、Ｙ：为电阻元件，Ｙ，、Ｙ 为电容元件，‘１） Ｕ一，“虚断”时Ｉ＋＝Ｉ一＝Ｏ。在图（１）中我们 Ｙ１Ｙ２Ｙ３Ｙ４。 可看到 创 ＝ ：１ 高通滤波器的传递函数为： （ ）：— 一 （５） ＋ 即为放大器零输入的电压增益。在节点ａ ｓ ＋ ＋ 处列ＫＣＬ方程： 把Ｙ 、Ｙ 换成电容元件，Ｙ，、Ｙ 换成电阻元 Ｉ ＝Ｉ２＋Ｉ３ 件即可得。 ，。＝（ 一 ） 带通滤波器的传递函数为： ，，＝（ 一 。）ｙ３ ，３＝（ 一 ＋） ）： 兰： （６） 将ｌ３＝ｕ＋Ｙ ４带人式（２）方；ｌ茔口Ｊ得： ｓ ＋ ＋ ）： ｃｏ。为带通滤波器的中心频率，但其不能由图 １所示框图实现，要做一些变动，通过低通和高通 ＝ 而 （３） 滤波器的级联可得到带通滤波器。 式（３）中，当Ｙ 、Ｙ 、Ｙ，、Ｙ （不同器件的导 纳）取不同的值时就代表不同的滤波器。低通滤 ３ 仿真实例 波器的传递函数为： 通过以上分析，我们以带通滤波器设计为例进 行说明，并利用Ｐｓｐｉｃｅ进行仿真。一阶滤波器电路 （ ）：— （４） ｓ２＋芳ｓ＋∞ 最简单，但带外传输系数衰减慢，一般在带外衰减 特性要求不高的场合下选用。带通滤波器的性能 其中ｔｏ 为低通滤波器的截ｌ 频率，０为品质 指标为高频ｌ０ｋＨｚ，低频４ｋＨｚ，可见其频带较宽，当 ｌ６ 纂溅 躐遒藏毫 第２６卷第４期 要求带通滤波器的通带较宽时，可用低通滤波器和 高通滤波器混合而成，这比单纯用带通滤波器要 ∞ ＝ ‘ ＲｌＲ２ｃｃ１ ＝２ “ ＝２７ｒ×１０×ｌ０ （７）一 好。本文采用一个二阶低通和一个二阶高通滤波 器级联实现带通滤波器设计。设计步骤如下： 专：一＝一＋Ｑ Ｊ ＋Ｒ１Ｃ‘志圳 矗 一＋ｌＲ２Ｃｌ’、 Ｉ一，～ｑ 尺ｌ— ２Ｃ１ ３．１计算电路中各参数值 ２ ：２仃×ｌＯ×ｌ０。× （８） ３．１．１ 图３中低通滤波器的归一化传递函 ３． 取ｃ ＝ Ｆ＝ Ｆ＝ ４ 数为Ａ（ｓ ）＝——÷！＿Ｊ，其巴特沃斯低通滤 ｓ ＋ Ｏ．ｏ０１ Ｆ将其代入式（７）和（８）可求得， ＝１１． ２６ 力，Ｒ２＝２２．５２Ｊｊ｝ 。 波器传递函数的分母多项式为ｓ ＋ ｓ ＋ｌ，对比 ３．１．４ Ａ ＝ｌ＋ ＝２所以Ｒ ＝Ｒ ，又知Ｒ 传递函数分母可得Ｑ＝ 。 √２ ３．１．２低通滤波器的截止角频率 圈２帝遗耀汲雷葺伐计黾蹯圈 ３．１．５ 同理可确定高通滤波器各个参数的 本吻合。 ’ 值，最终各参数值如图２所示。 ４ 结束语 ３·２ Ｐｓｐｉｃｅ仿真及结果 利用ＲＣ有源滤波器设计理论完成了低通 ３·２·１ 进入ＯｒＣＡＤ／Ｐｓｐｉｃｅ１０·５仿真环境， 和高通滤波器的设计并把低通和高通级联成带 从元件库中调用各参数所用元器件，并设定各参 通滤波器进行仿真达到了预期效果。Ｒｃ有源滤 数值，其最终电路如图２所示。 波器结构简单成本低廉，在工业上用途很多，其 ３·２·２对图２所示电路进行频域扫描，选取 研究价值较高随着运放精度的不断提高，其性能 １ Ｖ的Ｖａｃ作为激励源，扫描方式为ｌ０倍频对数 也会越来越好ＯｒｃＡＤ／Ｐｓｐｉｃｅ１Ｏ．５仿真软件为 （ ｇ ｈｍｉ＼Ｄｅｃａｄｅ），起始频率为ｌｏ０Ｈｚ，终止频 电子仿真技术提供了很广阔的技术平台其版本 率为１００ｋＨｚ，扫描结果如图３所示。 正在不断更新功能也越来越强大，同时越来越受 ３·２·３ 从图中曲线可以看出，扫描值（４· 到广大设计人员的喜爱第２６卷第４期 釜 瓣惑 ； 篓 ｌ７ 图３ Ａｃ ｓｗｅｅｐ扫描结果 锗 西 慧 ． 程 ｌ黄萍等ＲＣ有源滤波器电路的计算机辅 ５ 李永平，董欣主编．Ｐｓｐｉｃｅ电路设计与实 助分析［Ｊ］．北京：实验技术与管理２０ｏ５．１２ ３９— 现［Ｍ］．北京：国防工业出版社２００５．Ｏｌ ４１ ６ 王辅春，刘明山等编著．从实例中学习 ２杨倬等．基于ＬＭＦｌ０ｏ的有源带通滤波器 ０ ＡＤ［Ｍ］．北京：机械工业出版社２０ｏ６．１０ 设计［Ｊ］．沈阳：微处理机２ｏｏ６．０２（１）７７—７８ ７丁士圻编著．模拟滤波器［Ｍ］．哈尔滨：哈 ３张为等译．电子电路设计基础［Ｍ］．北京： 尔滨工程大学出版社２０ｏ４．Ｏ３ 电子工业出版社２ｏｏ５．１０ 郑州首条晶圆封装测试生产线投产年产值１０ＯＯ万美元 晶诚科学园项目是郑州市跨越式发展重点项目，主要包括研发中心总部大楼、封装测试中心和晶圆 厂三个组成部分，计划总投资ｌ０亿美元。 晶圆封装测试生产线的投产是晶诚项目的一个重要节点，产值可达每年１０ｏ０万美元。晶圆封装测 试生产线的投产不仅标志着晶诚科学园项目向成功迈出了重要一步，也标志着郑州市乃至河南省第一 条晶圆封装测试生产线和半导体相关产业已经顺利起步。 郑州市副王庆海在致辞中表示，培育壮大高新技术产业是、市近年来实施工业强市重 大战略的重要举措。晶诚科学园晶圆封装测试生产线的投产不仅对开发区、加工区电子信息主导产业 的形成起到重要的支撑作用，而且将对郑州市产业结构的转型升级起巨大促进作用。 《集成电路编辑部》摘
