基于单个商用IC的电子可控三输入单输出电压模式多功能滤波器

摘要

本文提出了一种使用单个市售IC、一个电阻和两个电容的三输入单输出电压的二阶电压模式滤波器。商用集成电路LT1228由Linear Technology Corporation制造。该滤波器基于并行RLC电路。该滤波器提供5个输出滤波器响应，即带通(BP)、带阻(BR)、低通(LP)、高通(HP)和全通(AP)功能。每个滤波器响应的选择不需要有源和无源器件的匹配条件。此外，固有频率和质量因子是电子控制的。此外，还对非理想情况进行了研究。输出电压节点阻抗低。实验结果验证了理论分析的正确性。

1.介绍

模拟滤波器广泛应用于通信、音响、仪器仪表和控制系统等领域。双二次或二阶滤波器是重要的组成部分。该滤波器是设计高阶滤波器的基本模块。特别是在同一电路中提供多个滤波器响应的二阶多功能滤波器引起了人们的广泛关注，成为一个有趣的研究课题[1，2］.多输入单输出(MISO)通用滤波器是一种很有趣的滤波器，并不断被提出。对于电压型MISO滤波器，通过输入电压的通断来选择输出滤波器响应，不需要有源和无源元件的匹配条件。此外，不需要额外的双增益放大器。

在模拟信号处理电子电路的综合和设计中，有源积木的使用一直受到关注[3.- - - - - -6].基于有源积木的电路需要最少数量的有源元件（大多数仅使用单个有源积木）。因此，不断引入新的有源积木，尤其是电子可控有源积木。它们大多数是由BJT或CMOS晶体管设计和制造的。实际上，为了测试这些器件的性能，应该将它们制作成芯片。然而，由于投资成本的原因，它们的性能和应用往往只能通过计算机程序进行仿真验证。尽管新的主动构建块可以由商用IC构建，例如，在[7，8]使用AD844和在[9尽管一些电路可以使用单个AD844作为有源构建块，但基于AD844的电路并不是电子控制的。

文献中已经报道了若干基于不同有源构建块的多输入单输出电压模式多功能滤波器[10- - - - - -42以及引用的参考文献。然而，在[10- - - - - -16，18- - - - - -23，27，29，30.，32，34，38，39，41，42使用多个活动的构建块。内滤波器的固有频率及品质因子10- - - - - -17，19，21- - - - - -25，27，28，30.，32，35，38，39不是电子调谐的。[中的电路需要选择输出滤波器响应的匹配条件14，15，17，21，23，26，28，33，35- - - - - -38］.在[中使用的活动构件19，24，27，30.，32，36，38的输出电压节点没有表现出低阻抗的滤波器11，12，14，15，17，18，20.- - - - - -22，24，25，29，31，33，34，36- - - - - -38，40］.在[37，41需要双输入信号。此外，只有[11- - - - - -18，21，22，25，26，31，35，39，41，42都得到了实验测量的支持。

本文介绍了一种三输入单输出电压模式双四滤波器，该滤波器采用了Linear Technology公司的LT1228集成电路。该滤波器由单个LT1228、单个电阻和两个电容组成，适用于现有的实现。输出滤波器响应的选择不需要任何无源和有源器件的匹配条件。固有频率和质量因数可以通过电子手段调整。实验结果与理论预期吻合较好。

2.操作原理

2.1.活动构造块：LT1228

LT1228由Linear Technology Inc.商业化生产。[43］.它是跨导放大器(OTA)和电流反馈放大器(CFA)的结合。LT1228的符号表示如图所示1(一)．让我们将每个港口的名称表示为，，，和．理想情况下，港口的阻抗，和在端口处表现出高阻抗和展品低。数字1 (b)图中显示了等效电路和引脚配置1 (c)．理想情况下，端口关系可以用如下矩阵表示: 在哪里为跨电阻增益。在理想情况下，通常非常大，可以视为无限值。LT1228的直流偏置电流控制如下:

2．2．提出了过滤器

图中给出了由单个市售IC、单个电阻和两个电容组成的三输入单输出电压模式滤波器的结构1．该滤波器基于并行RLC电路。输入电压是应用于理想的高阻抗终端，通过应用和通过应用．输出电压是在显示低阻抗的端子。在常规分析中，所提出滤波器的输出电压可以如下所示 从(3.)，则固有频率为 随后，质量系数如下所示： 从(4)和(5)，自然频率和质量因数可以通过电子调谐．

它是从(3.)，五个过滤响应的推导过程如下:(我)如果输入电压施加在节点上while节点和接地，实现了非反相低通滤波器。(2)如果输入电压施加在节点上while节点和接地，实现了非反相高通滤波器。(3)如果输入电压施加在节点上while节点和接地，实现了非反相带通滤波器。(iv)如果输入电压加在节点上和当节点接地后，实现同相带阻滤波器。(v)如果输入电压加在节点上和当反向输入电压施加在节点上时，则非反相全通滤波器为。

从上面的陈述中可以发现，可以选择输出滤波器响应，而无需有源和无源匹配条件。此外，全通滤波器响应不需要双增益放大器电路，这与MISO滤波器不同[37，41］.然而，全通功能需要反相单元增益放大电路[44］.

3.寄生元素的影响

在实际应用中，LT1228中寄生元件的影响会影响滤波器的性能。高阻抗的港口，和寄生电阻和寄生电容分别命名为，，，，和．在低阻抗端口时，出现串联电阻。这个电阻记为．还有，跨电阻增益被认为是平行于．这些重要的寄生阻抗对电路的性能影响最大。考虑到这些因素，图中电路的输出电压2获得的是 在哪里，，，和．如果操作频率，输入输出电压(6)变成 从(7)，则固有频率为 随后，质量系数如下所示：

4.实验结果

为了评估图中所提出的三输入单输出电压模式多功能滤波器的性能2，采用LT1228进行实验。LT1228的电源电压为±5v。实验装置采用＝= 1 nF,= 1 kΩ,= 100 μA.电阻2 kΩ串联终端(LT1228引脚8)按数据表推荐连接[43］.有了上述分量值，(4)和(5)成为= 159.15千赫和= 1。对于这个测试，正弦电压为60作为输入电压。LP、HP、BP、BR函数的频响如图所示3.AP函数的相位和增益响应如图所示4．很明显，所提出的过滤器可以提供五种过滤器响应，如本节所述2．由于LT1228寄生元件的影响，理论增益和实验增益在低频和高频时略有不同2．实验固有频率约为155千赫。理论固有频率与实验固有频率的偏差约为2.6%。输出电压在LP、HP、BP、BR、AP函数中的时域响应如图所示5，6，7，8和9当3个频率，10千赫，155千赫，和1兆赫60以输入电压施加。

5.结论

本文介绍了三输入单输出电压模式滤波器。该滤波器仅使用单个商用IC LT1228作为有源元件。通过改变LT1228的偏置电流，可以对固有频率和品质因数进行电子调谐。输出滤波器响应的选择不需要无源和有源元件的匹配条件。此外，全通滤波器响应的选择也可以在不需要双增益放大器的情况下完成。仅使用单个商用IC，建议的滤波器适用于现成的实现。实验结果证明了该滤波器的可行性。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者非常感谢Kasetsart大学研究生院资助他们在国际学术期刊上发表论文。

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