如何設計用于標清視頻信道的有源濾波器

表1：測量電路后計算出的電阻值

將電路中的電阻變為根據電路計算出來的調整值(針對具體的電路，這些值可能會有差異)。改變電阻值后，再測量帶寬。現在的帶寬將會更接近要求，但可能也不完全正確，不過對此無需擔心。濾波器的峰值可能會比之前略大一些，但這并不會造成問題。

其次，調整峰值(即Q值)。濾波器中幾乎所有的峰值都是由第二級所產生，因為該級的Q值和增益都更高(回路傳輸更小，帶寬更窄)，因此，我們將Q值的調整集中在該級上。可通過減小R1b電阻來調整峰值。先減小約20%，如果仍然出現峰值，則進一步減小阻值。如果阻值減小引起的頻率響應太大，則應適當增加阻值。一個可使濾波器頻率響應波形最接近Butterworth濾波器的好辦法是，觀察-1dB處的頻率并調整R1b，直到-1dB處的頻率為5MHz(當達到該值時，頻率響應波形應當干凈、平坦)。通過將R1b值從1.58kΩ減小到1.24kΩ，使得濾波電路中的頻率響應波形與一個理想的Butterworth濾波器非常匹配。表2為電路中采用的最終電阻值。

表2：電路中采用的最終電阻值

調整峰值后(電阻值應基于測量結果，不必非得與表2中的阻值相同)，-3dB處的頻率將接近期望值6MHz。圖2所示為電路中測量出的頻率響應曲線，圖中同時給出了初始頻率響應、調整頻率后的結果、調整峰值后的結果(最終電路)以及理想Butterworth濾波器的頻率響應。

圖2：電路中測量出的頻率響應曲線，包括初始頻率響應、調整頻率后的結果、調整峰值后的結果以及理想Butterworth濾波器的頻率響應。

濾波器性能

該濾波器的頻率響應測量結果如圖2所示(即調整峰值后的結果，用紅色曲線表示)，圖2中也同時給出了一個理想的6MHz Butterworth濾波器的頻率響應曲線(綠色曲線)。該頻率響應結果是在用本文方法構建的電路上測出的。如圖所示，該濾波器在視頻頻段內幾乎不出現峰值、平坦度好，并且阻帶抑制效果好。微分增益和相位同樣也很不錯。表3概括了該濾波電路的性能細節。

表3：一個理想的6MHz Butterworth濾波電路的性能細節

源阻抗和負載阻抗

這款濾波器在源阻抗為100Ω時工作良好。如果源阻抗更高，那么必須在計算第一個電阻(R1a)的阻值時將其作為考慮因數。例如，若源阻抗為150Ω，就要根據這個阻抗減小R1a的阻值。

圖1中濾波器的增益為+2V/V，用于驅動以串聯輸出電阻(圖中為75Ω)端接的線路，從而提供后端終接。后端終接將信號一分為二，這樣從輸入到線纜遠端視頻負載的總增益就變成+1V/V。

電路布局

元件之間應盡可能靠近并采用短走線。保持運算放大器的輸入短走線比輸出短走線更加重要。注意：要去掉運算放大器輸入端附近的接地銅層，以減小電路板寄生電容。倒相輸入附近的寄生電容會導致運算放大器出現峰值，而若寄生電容靠近非倒相輸入，則會給濾波器增加額外的電容，從而改變濾波器的頻率響應波形和帶寬。

本文小結

采用現代高速運算放大器來實現用于標準清晰度視頻系統的有源濾波器時，其設計和調整非常簡單，采用有源濾波器來替代無源濾波器能節省設計時間和成本，同時大幅提高最終產品的性能。