發布日期：2022-10-09 點擊率：131
使用供應商提供的多反饋（MFB）低通有源濾波器工具到底有什么好處？讓我們深入探討來獲得答案。
在此在線設計工具精確度的探索中，市場上4種供應商工具針對相對簡單的二階低通濾波器給出的RC值，是以MFB拓撲實現的。本文將使用這些值進行仿真，以對所得濾波器形狀與理想目標進行比較，得出每個方案的擬合誤差。標稱擬合誤差是由RC的標準值約束和有限放大器的增益帶寬積（GBW或GBP）所引起。使用相同運放模型得到的每個RC方案的輸出點和積分噪聲結果，由于電阻大小和噪聲增益峰值差異而略有不同。
MFB濾波器內的噪聲增益形狀由期望的濾波器形狀和噪聲增益零點所產生。由于特定RC方案給出的噪聲增益零點不同，不同方案的峰值噪聲增益差異很大。設計示例將對這些差異進行說明，同時還會顯示對于不同工具得出的RC方案，其最小帶內環路增益（LG）的差異。
標稱增益響應與理想響應的擬合誤差
有許多方法可以評估擬合誤差。所有這些工具在大部分頻率范圍內得到的響應形狀非常相近，其中大部分偏差發生在響應的峰值附近。一種簡單的擬合衡量標準是，將每個實現電路得出的f0和Q與其理想目標進行比較，得出它們的百分比誤差。然后求這兩個誤差的均方根值（RMS），得到一個組合誤差指標。
無論設計選用何種運放，ADI工具都允許下載仿真數據——這里是LTC6240。為繼續比較不同方案的噪聲和環路增益，將RC方案移植到TINA，同時使用LMP7711作為每個方案的噪聲仿真的公共運放。由于ADI工具也用于一種稍微不同的濾波器形狀（1．04dB峰值vs其它工具中的1．0dB），因此，為了比較，首先將其響應擬合結果隔離出來。
ADI目標響應形狀：
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使用圖1中的電路（以及顯示的RC編號），這兩種ADI解決方案將在ADI工具中使用LTC6240和在TINA中使用LMP7711進行仿真（圖1是使用LMP7711的TINA設置）。實現有效擬合比較的關鍵要求是運放的真正單極點開環增益帶寬積。使用TINA模型測試LMP7711 Aol（開環增益）響應顯示出26MHz GBW的結果，而其報告值為17MHz GBW。在仿真之前，該模型被修改為17MHz（在宏中將C2從20pF增加到33．3pF），使獲得的結果可與ADI工具所得LTC6240仿真數據相比較。為便于Aol測試，LTC6240并未出現在TINA庫中，但我們假定其符合數據手冊中的GBW ＝ 18MHz。
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圖1：在TINA中給出ADI未調整GBW的RC值并使用LMP7711的有源濾波器仿真。
與目標不匹配的第一級是標準電阻值選擇。有5個RC值可以選擇，但只有3個設計目標，通常先選出E24（5％步長）電容值，然后對3個設計目標得到E96（1％步長）精確電阻的最終結果。這些值可以放入理想（無限GBW）的公式中，以便先評估此步驟預期有多少誤差。先選擇標準電容值，3個電阻精確方案的標準值會高于和低于精確結果。雖然在當前這些工具中不太可能實現，但未來可對高于或低于精確值的8個標準值排列進行擬合接近度測試，然后從準確值“轉到”錯誤最少的標準值。更常見的情況是，3個精確值電阻分別選用與其最接近的標準值。根據精確值最初與標準E96電阻值接近的程度，擬合誤差有一定的隨機性。
接下來可以將這些值應用于有限GBW運放模型，并在應用RC容差之前進行仿真，以得出最終標稱擬合誤差。表1總結了從使用LTC6240模型的ADI工具下載的數據以及從使用改進的GBW LMP7711模型的TINA下載的數據。請注意，使用這些標稱標準RC值，沒有哪個有限GBW運放仿真能達到1％以內的期望的100kHzf－3dB頻率。
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表1 ：ADI目標和方案的擬合誤差結果一覽。
理想的運放值假定有無限的GBW，其誤差僅由所選標準電阻值引起。經GBW調整的RC值不能應用于理想公式，因為其目標似乎不對。使用實際運放模型顯示標稱結果，沒有為GBW調整RC值，得到3．4％至4．2％的較大均方根誤差。這是因為本設計選擇了一款超低GBW器件。ADI GBW調整后的RC值大大改善了這種情況，使fo和Q的標稱均方根誤差僅為1．2％至1．8％。正如預期的那樣，它們比選用E96標準電阻值的0．41％誤差略有升高。圖2對這些仿真結果與理想值進行了比較，在峰值附近做了放大。
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