MAX274 為一種連續(xù)時間有源濾波器設計芯片，其內(nèi)部由4 個相同的二階單元組成，實現(xiàn)八階濾波器，可以構成巴特沃思、貝塞爾、切比雪夫濾波響應特性，輸出形式可以構成低通或帶通輸出。其內(nèi)部相互獨立的每一個二階單元都能構成全極點帶通與低通濾波響應特性，為了達到設計要求，理論上只需要根據(jù)設計參數(shù)找到4 個合適的匹配電阻與其相連接，即可以實現(xiàn)濾波響應。

　　該芯片優(yōu)點： 輸出噪聲比開關電容低，動態(tài)性能更好; 不需要時鐘，無混疊和時鐘噪聲; 中心頻率范圍可達150 kHz，在允許的整個溫度范圍內(nèi)，頻率精度可達土］%以內(nèi)，總諧波失真（THD） 優(yōu)于-89dB; 每個單元只需匹配4 個相應的電阻，并有輔助設計軟件包。

　　理論設計思想

　　基于MAX274 硬件設計有源濾波器，MAXIM公司推出了相應的設計軟件包（FilterDesignSoftware，以下簡稱FDS），可以從MAXIM 公司網(wǎng)站下載，下面來舉例簡單描述一下FDS設計軟件包基于MAX274芯片為硬件基礎的理論設計思想。

　　設計要求：帶寬4kHz，上限截止頻率5kHz，下限截止頻率1kHz，通帶內(nèi)波動小于1dB，過渡帶衰減80dB 倍頻，輸入信號0~10kHz寬帶隨機信號，最大VP.PS10V。

　　根據(jù)設計要求，我們將上述參數(shù)輸入到FDS設計軟件的相應位置，然后通過FDS軟件的仿真結果來驗證輸出的頻譜特性是否為我們所要求的（操作省略）。在確認參數(shù)仿真正確之后我們將其計算的參數(shù)應用于其硬件仿真電路中，可以發(fā)現(xiàn)I~5kHz 的帶通濾波器是由8個二階段組成（既要由兩片MAX274芯片來完成），這8個二階單元的相互電氣關系如下所示。

　　其中每一個： 二階單元的頻譖特性都類似于一個針對某一中心頻率（Fo） 的單頻選擇網(wǎng)絡，只是每個。二階單元所對應的中心頻率不一樣，GainI 與Gain8所對應的頻譜特性可參考的圖3Bpo Gain 和圖I0BpoGain。我們可以發(fā)現(xiàn)這8 個二階單元的頻率響應在頻譜圖上是相加的，來構成最終總的頻率響應圖，即圖10BpoGain 是前面的八個二階單元對“input” 頻率響應的總和。

　　FDS 軟件會根據(jù)我們輸入的參數(shù)自動完成外圍電阻的計算，理論上我們可以將這些電阻按圖所示連接于MAX274 相應的位置即可實現(xiàn)我們的帶通濾波器設計。每個二階單元外圍電阻的連接方法如下圖所示。

　　2理論設計存在的問題及其原因

　　根據(jù)FDS 設計軟件的仿真結果我們可以清楚地看到濾波器電路的頻率響應已經(jīng)滿足了設計要求，但是當將此軟件中提供的電阻值應用到實際工作電路中進行調(diào)試的時候，我們從頻譜分析儀上看到濾波器電路的傳輸特性并不是理想的帶通模式，電路不能實現(xiàn)設計功能。為什么會有這種現(xiàn)象呢？難道是軟件沒有正確加載設計嬰求？ 在此我們來查找一下問題的根源。

　　首先來看濾波器硬件屯路的傳輸特性到底存在什么現(xiàn)象： 先用帶寬0~10kHz的隨機信號（Vkms=IV） 作為輸入，再用頻譜分析儀接到濾波器電路的輸出，這時發(fā)現(xiàn)其頻譜特性曲線在通帶內(nèi)已經(jīng)不再是一條直線，而是一條無規(guī)則的波浪線與斜線的疊加，根本不能滿足設計要求。然后我們再選用單頻正弦信號作為輸入來測試電路，結果發(fā)現(xiàn)輸入信號頻率在1~I 6kHz的范圍內(nèi)，幅值被限制在幾十毫伏，信號幅度一旦有所增加，在隨后某一個二階單元處輸出就已經(jīng)達到最大值（+5V），并有削波現(xiàn)象，并且導致下一個二階單元輸出相應的諧波，最后使整個電路的傳輸狀態(tài)發(fā)生了改變。因此可以確認是濾波器二階單元級聯(lián)過程中某個環(huán)節(jié)的輸出飽和才使電路沒有達到設計要求。

　　然后我們再從FDS 軟件設計原理上查找信號輸出達到飽和的原因。我們觀察圖3~圖10或者在表1中查看每個二階單元的在F。處的增益參數(shù)，其中每個二階單元的參數(shù)如表1所示。

　　在圖3~圖10中我們計算可以發(fā)現(xiàn)8個。二階單元（共16階） 級聯(lián)的過程中1~1.6 kHz的頻率范圍內(nèi)輸出增益分貝值最大可達50dB 左右，MAX274采用+SV 供電，其各單元輸出最大值即飽和值也只有+5V，我們可以從理論上簡單計算一下在50dB增益下輸入信號允許的最大幅值Vr ：

　　s0= 20 Logio （5/Vp），

　　Vp= 51（1050/20）： =51316.22=15.8mV。

　　所以，只有幅值不超過15 8mV 才可以保證濾波器的正常工作。但是在我們大多數(shù)使用情況下，這種要求是不現(xiàn)實的，并且最大峰值15.8mV 的輸入信號在實際應用中其信噪比是很低的，因此15.8mV 的輸入信號對此濾波器電路來說就已經(jīng)構成了實用性胃險，在這種情況下我們不改善電路的狀態(tài)是不能使用此濾波器電路的。通過以k分析，要改善電路的傳輸特性就必須要想辦祛降低級聯(lián)過程中出現(xiàn)的最大增益，只有這樣才能保證放寬對輸入信號的要求，才有可能保證濾波器的正常使用。

　　經(jīng)過對MAX274 的理論設計方法進行分析和調(diào)試我們就可以發(fā)現(xiàn)，級聯(lián)過程中出現(xiàn)的最大增益與我們設計要求中的過渡帶衰減值是息息相關的： 過渡帶衰減要求的越高，級聯(lián)過程中某一。二階環(huán)節(jié)處出現(xiàn)的最大增益值就會越大。因此要想降低級聯(lián)過程中的最大增益必須要降低濾波器過渡帶衰減的值。

　　3解決方案

　　采用降低對過渡帶衰減要求的方法可以避免輸出達到飽和，但是又與最終設計要求80 dB/倍頻相矛盾，為了有效解決這個問題，我們采用2 個40dB/倍頻帶通濾波單元或者4 個20dB/倍頻濾波單元級聯(lián)來實現(xiàn)。其中每個濾波單元又是由若千個二階單元級聯(lián)組成，這樣既可以實現(xiàn)降低最大增益又可以達到80dB/倍頻的設計要求。通用原理框圖如下：

　　其中各個濾波單元的硬件電路是完全相同的，傳輸特性也一樣，因此這N個單元組成的濾波器頻譜特性應該是各個單元的頻譜特性相加值。若每個濾波單元的頻率響應為GAIN（1），（1= 1、2.。。。。。）;則GAIN &=GAIN （1） + GAIN （2）+.。。。.+ GAIN（N）。

　　這時為了保證總的帶內(nèi)波動滿足設計夔求必須要提高每個濾波單元的帶內(nèi)波動允許值，其值應最大設置為（總設計要求帶內(nèi)波動值）IN （N 為單元數(shù)）。

　　為了達到目前方式下對輸入輸出信號的要求，我們一般要在總的濾波器（即N個濾波單元看作一個整體） 的輸入級前以及輸出級后各加~ ~級線性增益調(diào)節(jié)電路。一般采用運算放大器構成的比例放大器，在輸入級前將信號幅值減小，在輸出級后再將信號幅值放大，一般總可以滿足使用要求，調(diào)試也更為靈活，這樣就實現(xiàn)了一個通用帶通濾波器的實用性設計。

　　采用若千個帶通濾彼單元級聯(lián)可以大大減少采用電阻的種類，也可以避免大阻值電阻的應用，提高了可靠性，而且降低了成本，如果級聯(lián)單元更多，可以達到更高的過渡帶衰減要求。

　　4結束語

　　到此我們已經(jīng)將采用MAX274 設計濾波器的過程及解決問題的方案了解清楚了。問題看起來似乎很容易，但是初用者進行設計，而且設計要求又較高的情況下，我們往往會忽略輸入信號與濾波器實際應用之間的矛盾，導致最終的設計電路不能達到要求，不僅浪費了時間和精力，而且增加了費用。因此，我們在用FDS軟件進行設計時一定要往意觀察級聯(lián)過程中的每一個輸出環(huán)節(jié)的增益，在保證滿足設計要求的前提下對電路進行最優(yōu)化。