8.2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)流程

討論 Sallen-Key 低通濾波器拓?fù)涞馁Y源有很多。

德州儀器 (TI) 通過(guò)提供聯(lián)機(jī)和單機(jī)版設(shè)計(jì)工具（如 Webench Filter Designer 和 Filter Pro Desktop），使濾波器設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)單。

在此設(shè)計(jì)中，我們使用單機(jī)版 Filter Pro Desktop。

對(duì)于此設(shè)計(jì)，將以下參數(shù)輸入到 Filterpro 軟件中：

• 濾波器類型 = 低通
• 增益 = 10V/V (20dB)
• 通帶頻率 = 1kHz
• 允許的紋波 = 1dB
• 濾波器階數(shù) = 選中并設(shè)置為 2
• 響應(yīng)類型 = 巴特沃斯
• 濾波器拓?fù)?= Sallen-Key
• 組件容差 - 電阻器 = E96 1%
• 組件容差 - 電容器 = E6 20%

輸入這些值后，F(xiàn)ilterPro 返回以下建議值：

• R1 = 44.2kΩ
• R2 = 38.3kΩ
• R3 = 2.49kΩ
• R4 = 22.6kΩ
• C1 = 10nF
• C2 = 1.5nF

LMV551-Q1 的目標(biāo)是低功耗運(yùn)行。上述電阻值是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 功耗應(yīng)用而設(shè)定的。為了降低靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗，請(qǐng)?jiān)龃箅娮柚怠?

最大功率消耗者是增益設(shè)置反饋電阻器 R3 和 R4，因?yàn)樗鼈兪侵绷黢詈系?，并且代表著放大器的恒定直流?fù)載。如果輸出偏置于 2.5V，則流過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)的電流為 2.5V / (22.6kΩ + 2.49kΩ) = 99.6µA。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)放大器獨(dú)自的 37uA 靜態(tài)電流！反饋電阻器的大小從 22.6kΩ 增大十倍到 226kΩ，反饋網(wǎng)絡(luò)中的電流可降至 9.9μA。

增大電阻值需要電容值按比例減小。如果電阻值增大 10 倍，則相應(yīng)的電容值必須減小到 1/10。但是請(qǐng)注意，增大電阻值會(huì)增大貢獻(xiàn)的噪聲，而且將電容值減小到較小值會(huì)提高對(duì)雜散電容的敏感度。

此外還需要作出關(guān)于縮放濾波器組件（R1、R2、C1 和 C2）的決定。R1 和 R2 以交流耦合方式連接到輸出端，所以只有流過(guò)這些電阻器的直流電流是 LMV551-Q1 的輸入偏置電流（通常為 20nA）。然而，在大信號(hào)擺動(dòng)期間，較大的交流電流可能會(huì)流過(guò) C2 和 C1。縮放濾波器組件也會(huì)降低峰值交流信號(hào)電流。如果預(yù)計(jì)交流信號(hào)很大（幾個(gè) Vpp）并且較頻繁，那么縮放濾波器值可能有利于整體功耗。如果預(yù)計(jì)交流信號(hào)很小，可能不值得為了縮放這些值而在噪聲方面進(jìn)行折衷。

由于 LMV551-Q1 具有雙極性輸入，為了保持直流精度，每個(gè)放大器輸入端所見(jiàn)的等效電阻應(yīng)相等以便消除偏置電流的影響。

為了通過(guò)消除偏置電流來(lái)保持直流精度，應(yīng)保持以下關(guān)系：

幸運(yùn)的是，F(xiàn)ilter Pro 軟件可以輕松更改和重新計(jì)算這些值。通過(guò)更改原理圖選項(xiàng)卡中的任何濾波器組件（R1、R2、C1 和 C2）的值，程序會(huì)自動(dòng)重新計(jì)算和縮放這些組件。反過(guò)來(lái)，改變?cè)鲆娣答伣M件（R3 或 R4）也會(huì)使另一個(gè)反饋電阻器縮放。但是，F(xiàn)ilter Pro 不會(huì)保持上面Equation 4 所示的反饋元件和濾波器元件之間的關(guān)系。只要原始反饋電阻比保持不變，就可以適當(dāng)“催長(zhǎng)”和縮放反饋電阻值。

Figure 30. 1kHz Sallen-Key 低通濾波器及相應(yīng)值