淺談差分輸入的 2 極濾波器設計

當今的許多數(shù)字 DAC 都需要一個具有差分輸入的電路，它將消除共模誤差、減少由 delta-sigma 調制器產生的帶外噪聲并產生單端輸出。圖 1 中的電路包括一個差分輸入和一個兩極模擬濾波器來實現(xiàn)這些設計要求。本應用筆記概述了選擇組件值所需的設計步驟。

多反饋低通濾波器

請注意圖 1 和圖 2 中所示的多反饋低通濾波器之間的相似之處。使用多反饋低通濾波器的設計方程可以輕松設計具有差分輸入的 2 極點低通濾波器。另外，請注意圖 1 和圖 3 之間的相似之處。差分輸入功能是通過簡單地復制濾波器設計中生成的元件值來實現(xiàn)的。

多反饋低通濾波器

設計步驟

步驟 1：確定所需的通帶增益 [tex]H _{0}[/tex]。電路參數(shù)要求[tex]H_{0}[/tex]的幅度大于或等于1。由于反相運算放大器配置，[tex]H _{0}[/tex] 也為負。

步驟 2：確定最小輸入阻抗。

步驟 3：為最終設計選擇所需的濾波器類型，Butterworth、Bessel 等，以及其他角頻率 [tex]F _{C[/tex]。濾波器響應和轉角頻率決定了通帶相位和幅度響應。濾波器類型決定了極點位置，因此決定了 alpha 和 beta。表 1 列出了幾種濾波器類型的歸一化極點位置。

差分輸入電路

步驟 4：為 C5 和 C2 選擇方便的值。注意在第 5 步中，必須選擇 [tex]K[/tex] 和 [tex]H _{0}[/tex] 使得 [tex]sqrt{zeta ^{2}-K(1-H _{0 })}[/tex] 是真實的。

第五步：給定 [tex]F _{C}[/tex], [tex]H _{0}[/tex], [tex]C _{2}[/tex], [tex]C _{5 }[/tex]，alpha 和 beta，使用以下公式計算 R1、R2 和 R3：

[tex]zeta = frac{alpha }{sqrt {alpha ^{2}+beta ^{2}}}[/tex]

[tex]omega _{0} = 2pi F _{c} {sqrt {alpha ^{2}+beta ^{2}}}[/tex]

[tex]K=frac{C _{5}}{C _{2}}[/tex]

[tex]R _{1}=frac{R _{4}}{(-H _{0})}[/tex]

[tex]R _{3}=frac{1}{omega _{0}C _{2}[zeta pm {sqrt{zeta ^{2}-K(1- H _{0})}}]} [/特克斯]

[tex]R _{4} = frac{zeta pm {sqrt {zeta _{2}-K(1-H _{0})}}}{omega _{0}cdot C _{5}}[/特克斯]

步驟 6：查看電阻器和電容器值。希望保持足夠大的電容器值以最小化雜散電容的影響。可能需要調整在步驟 4 中選擇的電容器值以達到此要求。還要驗證 R1 是否大于所需的最小輸入阻抗。

第七步：第五步計算出來的電阻值一般都不是標準值。選擇最接近計算值的標準值。這不會對濾波器特性造成大的變化，因為金屬膜電阻器可以以大約 2.5% 的增量提供，這允許選擇接近計算值的元件。但是，建議使用選定的值，使用步驟 5 中的公式計算實際濾波器參數(shù)。

步驟 8：從單端電路到差分電路的轉換需要復制同相輸入中 R1、C2、R3、R4 和 C5 的值，如圖 1 所示。

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