Proteus及Cadence實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)——高階有源濾波器設(shè)計(jì)吳中臣1教學(xué)提綱

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。Proteus及Cadence實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)高階有源濾波器設(shè)計(jì)吳中臣1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：電子1003班指導(dǎo)教師：葛華工作單位：信息工程學(xué)院題目:高階有源濾波器設(shè)計(jì)初始條件：計(jì)算機(jī)、Proteus軟件、Cadence軟件要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：2周2、技術(shù)要求：（1）學(xué)習(xí)Proteus軟件和Cadence軟件。（2）設(shè)計(jì)二階、四階有源濾波器電路。（3）利用Cadence軟件對(duì)該電路設(shè)計(jì)原理圖并進(jìn)行PCB制版，用Pro

2、teus軟件對(duì)該電路進(jìn)行仿真。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間安排：2014.11.11做課設(shè)具體實(shí)施安排和課設(shè)報(bào)告格式要求說(shuō)明。2014.11.11-11.16學(xué)習(xí)Proteus軟件和Cadence軟件，查閱相關(guān)資料，復(fù)習(xí)所設(shè)計(jì)內(nèi)容的基本理論知識(shí)。2014.11.17-11.21對(duì)所設(shè)計(jì)的濾波器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真工作，完成課設(shè)報(bào)告的撰寫。2014.11.22提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc376254262摘要

3、PAGEREF_Toc376254262hIHYPERLINKl_Toc376254263AbstractPAGEREF_Toc376254263hIIHYPERLINKl_Toc3762542641緒論P(yáng)AGEREF_Toc376254264h1HYPERLINKl_Toc3762542652設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求PAGEREF_Toc376254265h2HYPERLINKl_Toc3762542662.1設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)PAGEREF_Toc376254266h2HYPERLINKl_Toc3762542672.2設(shè)計(jì)思想PAGEREF_Toc376254267h2HYPERLINKl_To

4、c3762542683Proteus軟件和Cadence軟件的介紹PAGEREF_Toc376254268h3HYPERLINKl_Toc3762542693.1Proteus軟件PAGEREF_Toc376254269h3HYPERLINKl_Toc3762542703.1.1進(jìn)入ProteusISISPAGEREF_Toc376254270h3HYPERLINKl_Toc3762542713.1.2工作界面PAGEREF_Toc376254271h3HYPERLINKl_Toc3762542723.1.3繪圖主要操作PAGEREF_Toc376254272h3HYPERLINKl_Toc3

5、762542733.2Cadence軟件PAGEREF_Toc376254273h6HYPERLINKl_Toc3762542743.2.1電路的設(shè)計(jì)步驟PAGEREF_Toc376254274h6HYPERLINKl_Toc3762542753.2.2電路PCB的設(shè)計(jì)步驟PAGEREF_Toc376254275h6HYPERLINKl_Toc3762542764二階、四階有源濾波器電路原理PAGEREF_Toc376254276h8HYPERLINKl_Toc3762542774.1二階有源濾波器PAGEREF_Toc376254277h8HYPERLINKl_Toc3762542784.2

6、四階有源濾波器PAGEREF_Toc376254278h10HYPERLINKl_Toc3762542795二階、四階有源濾波器電路的設(shè)計(jì)與仿真PAGEREF_Toc376254279h12HYPERLINKl_Toc3762542805.1電路原理圖的設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc376254280h12HYPERLINKl_Toc3762542815.2電路的仿真PAGEREF_Toc376254281h12HYPERLINKl_Toc3762542825.3電路的PCB設(shè)計(jì)PAGEREF_Toc376254282h14HYPERLINKl_Toc3762542836心得體會(huì)PAGEREF_T

7、oc376254283h16HYPERLINKl_Toc376254284參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc376254284h17摘要濾波器用于對(duì)信號(hào)的頻率具有選擇性的電路，它的功能是使特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，有源濾波器被廣泛用于信息處理、數(shù)據(jù)傳送等電路中。在對(duì)二階有源低通濾波器的原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用2個(gè)2階低通濾波電路級(jí)聯(lián)的方案，設(shè)計(jì)了基于巴特沃斯逼近的4階有源低通濾波器。在Protues軟件中使用虛擬示波器、波特圖示儀等設(shè)備，對(duì)設(shè)計(jì)的濾波器的交流特性進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，其交流特性符合理論設(shè)計(jì)，具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：濾波器，有源低通，巴特沃斯，ProtuesAbst

8、ractFilteristhecircuitwhichhasaselectiveforthefrequencyofsignals，itsfunctionistomakeaspecificrangeoffrequencythroughSourcefilteriswidelyusedforinformationprocessinganddatatransmissioncircuitBasedontheanalysisofprincipleof2ndSourcelowpassedfilter，byusingtheSchemeofcascadingtwo2ndsourcelow-passedfilte

9、randthemethodofexaminingthetable，the4ndsourcelow-passedfilterbasedonButterworthisdesignedByusingtheoscilloscopeandBodeplotterinProtues，theACFeaturesofthisFilterwasSimulated，andthesimulationresultswereanalyzed，itSACfeaturesmetwiththeorydesignandhascertainreferencevalueKeywords:Sourcelowpassedfilter，B

10、utterworth，Protues1緒論濾波器用于對(duì)信號(hào)的頻率具有選擇性的電路，它的功能是使特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而阻止其他頻率的信號(hào)通過(guò)。有源濾波器具有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、易于制造等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于信息處理、數(shù)據(jù)傳送和抑制干擾等電路中。低通濾波器分為無(wú)源和有源兩種。無(wú)源濾波器是由電感、電容及電阻構(gòu)成的，由于受到尺寸和實(shí)際性能的限制，電感在某些頻率范圍不太適用，因此，近幾年來(lái)有一種趨向,即用能模擬電感效應(yīng)的有源器件來(lái)代替電感。幾種低通原型濾波器是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)綜合法設(shè)計(jì)濾波器的基礎(chǔ)，各種低通、高通、帶通、帶阻濾波器大都是根據(jù)此特性推導(dǎo)出來(lái)的。正因如此，才使得濾波器的設(shè)計(jì)得以簡(jiǎn)化，精度得以提

11、高。理想的低通濾波器應(yīng)該能使所有低于截止頻率的信號(hào)無(wú)損通過(guò)，而所有高于截止頻率的信號(hào)都應(yīng)該被無(wú)限的衰減，從而在幅頻特性曲線上呈現(xiàn)矩形，故而也稱為矩形濾波器（brick-wallfilter）。遺憾的是，如此理想的特性是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，所有的設(shè)計(jì)只不過(guò)是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。根據(jù)所選的逼近函數(shù)的不同，可以得到不同的響應(yīng)。雖然逼近函數(shù)多種多樣，但是考慮到實(shí)際電路的使用需求，我們通常會(huì)選用“巴特沃斯響應(yīng)”或“切比雪夫響應(yīng)”?！鞍吞匚炙鬼憫?yīng)”帶通濾波器具有平坦的響應(yīng)特性，而“切比雪夫響應(yīng)”帶通濾波器卻具有更陡的衰減特性。所以具體選用何種特性，需要根據(jù)電路或系統(tǒng)的具體要求而定。2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2.1

12、設(shè)計(jì)的目的及主要任務(wù)（1）學(xué)習(xí)Proteus軟件和Cadence軟件。（2）設(shè)計(jì)二階、四階有源濾波器電路。（3）利用Cadence軟件對(duì)該電路設(shè)計(jì)原理圖并進(jìn)行PCB制版，用Proteus軟件對(duì)該電路進(jìn)行仿真。2.2設(shè)計(jì)思想本課程設(shè)計(jì)的課題是二階、四階有源高階濾波器。首先，根據(jù)老師給定的課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，選定一款集成運(yùn)算放大器，再根據(jù)技術(shù)要求選擇其它元器件，設(shè)計(jì)出外圍電路，并設(shè)計(jì)出整體電路的電路圖及其各元件的參數(shù)，同時(shí)要給出其工作原理；第二步，對(duì)設(shè)計(jì)出的電路圖進(jìn)行仿真。通過(guò)仿真軟件Protues對(duì)所設(shè)計(jì)的電路的進(jìn)行瞬態(tài)分析測(cè)試和交流掃描以及其它必要仿真，并進(jìn)行分析，確定電路設(shè)計(jì)的正確性和可行

13、性；最后,第三步把仿真結(jié)果與理論指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)設(shè)計(jì)成果作出評(píng)價(jià).為了得到高的帶寬，可優(yōu)先考慮帶寬增益積大的運(yùn)放，同時(shí)為了減少噪聲，可選用低噪聲運(yùn)放。3Proteus軟件和Cadence軟件的介紹3.1Proteus軟件3.1.1進(jìn)入ProteusISIS雙擊桌面上的ISIS6Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Proteus6Professional”“ISIS6Professional”，進(jìn)入ProteusISIS集成環(huán)境。3.1.2工作界面ProteusISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖3-1所示。包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、

14、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。圖3-1工作界面3.1.3繪圖主要操作3.1.3.1編輯區(qū)域的縮放如圖3-1所示主窗口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Windows窗口，除具有選擇執(zhí)行各種命令的頂部菜單和顯示當(dāng)前狀態(tài)的底部狀態(tài)條外，菜單下方有兩個(gè)工具條，包含與菜單命令一一對(duì)應(yīng)的快捷按鈕，窗口左部還有一個(gè)工具箱，包含添加所有電路元件的快捷按鈕。工具條、狀態(tài)條和工具箱均可隱藏。Proteus的縮放操作多種多樣，極大地方便了工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。常見的幾種方式有：完全顯示(或者按“F8”)、放大按鈕(或者按“F6”)和縮小按鈕(或者按“F7”)，

15、拖放、取景、找中心(或者按“F5”)。3.1.3.2點(diǎn)狀柵格和刷新編輯區(qū)域的點(diǎn)狀柵格，是為了方便元器件定位用的。鼠標(biāo)指針在編輯區(qū)域移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)的步長(zhǎng)就是柵格的尺度，稱為“Snap(捕捉)”。這個(gè)功能可使元件依據(jù)柵格對(duì)齊。(1)顯示和隱藏點(diǎn)狀柵格點(diǎn)狀柵格的顯示和隱藏可以通過(guò)工具欄的按鈕或者按快捷鍵的“G”來(lái)實(shí)現(xiàn)。鼠標(biāo)移動(dòng)的過(guò)程中，在編輯區(qū)的下面將出現(xiàn)柵格的坐標(biāo)值，即坐標(biāo)指示器，它顯示橫向的坐標(biāo)值。因?yàn)樽鴺?biāo)的原點(diǎn)在編輯區(qū)的中間，有的地方的坐標(biāo)值比較大，不利于我們進(jìn)行比較。此時(shí)可通過(guò)點(diǎn)擊菜單命令“View”下的“Origin”命令，也可以點(diǎn)擊工具欄的按鈕或者按快捷鍵“O”來(lái)自己定位新的坐標(biāo)原點(diǎn)。(2

16、)刷新編輯窗口顯示正在編輯的電路原理圖，可以通過(guò)執(zhí)行菜單命令“View”下的“Redraw”命令來(lái)刷新顯示內(nèi)容，也可以點(diǎn)擊工具欄的刷新命令按鈕回或者快捷鍵“R”，與此同時(shí)預(yù)覽窗口中的內(nèi)容也將被刷新。它的用途是當(dāng)執(zhí)行一些命令導(dǎo)致顯示錯(cuò)亂時(shí)，可以使用該命令恢復(fù)正常顯示。3.1.3.3對(duì)象的放置和編輯(1)對(duì)象的添加和放置點(diǎn)擊工具箱的元器件按鈕，使其選中，再點(diǎn)擊IsIs對(duì)象選擇器左邊中間的置P按鈕，出現(xiàn)“PickDevices”對(duì)話框，如圖2-3所示。在這個(gè)對(duì)話框里可以選擇元器件和一些虛擬儀器。下面以添加單片機(jī)AT89C51為例來(lái)說(shuō)明怎么把元器件添加到編輯窗口的。在“Gategory(器件種類)”下

17、面，找到“MicoprocessorIC”選項(xiàng)，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊一下，在對(duì)話框的右側(cè)，會(huì)顯示大量常見的各種型號(hào)的單片機(jī)芯片型號(hào)。找到單片機(jī)AT89C51，雙擊“AT89C51”，情形如圖2-3所示。這樣在左邊的對(duì)象選擇器就有了AT89C51這個(gè)元件了。點(diǎn)擊一下這個(gè)元件，然后把鼠標(biāo)指針移到右邊的原理圖編輯區(qū)的適當(dāng)位置，點(diǎn)擊鼠標(biāo)的左鍵，就把AT89C51放到了原理圖區(qū)。圖3-2元件的選擇(2)放置電源及接地符號(hào)單擊工具箱的終端按鈕，對(duì)象選擇器中將出現(xiàn)一些接線端。在器件選擇器里分別“TERMNALS”欄下的“POWER”與“GROUND”，再將鼠標(biāo)移到原理圖編輯區(qū)，左鍵點(diǎn)擊一下即可放置電源符號(hào)；同樣也可

18、以把接地符號(hào)放到原理圖編輯區(qū)。3.1.3.4連線Proteus的智能化可在畫線時(shí)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)：當(dāng)鼠標(biāo)的指針靠近一個(gè)對(duì)象的連接點(diǎn)時(shí)，跟著鼠標(biāo)的指針就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“”號(hào)，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊元器件的連接點(diǎn)，移動(dòng)鼠標(biāo)(不用一直按著左鍵)就出現(xiàn)了粉紅色的連接線變成了深綠色。如果想讓軟件自動(dòng)定出線路徑,只需左擊另一個(gè)連接點(diǎn)即可。這就是Proteus的線路自動(dòng)路徑功能(簡(jiǎn)稱WAR)，如果只是在兩個(gè)連接點(diǎn)用鼠標(biāo)左擊，WAR將選擇一個(gè)合適的線徑。WAR可通過(guò)使用工具欄里的“WAR”命令按鈕來(lái)關(guān)閉或打開，也可以在菜單欄的“Tools”下找到這個(gè)圖標(biāo)。3.2Cadence軟件3.2.1電路的設(shè)計(jì)步驟1、進(jìn)入Tanner環(huán)境

19、，選擇L-Edit模塊，進(jìn)入原理圖編輯模塊2、點(diǎn)擊File-New，新建原理圖Module，填入文件名，如下圖所示：圖3-3新建Module文件3、根據(jù)邏輯電路圖繪制電氣原理圖，選擇添加元件按鈕添加元件，選擇電線按鈕繪制導(dǎo)線。3.2.2電路PCB的設(shè)計(jì)步驟相對(duì)于原理圖的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，PCB設(shè)計(jì)是項(xiàng)目的后端。本文中PCB設(shè)計(jì)是從CaptureCIS輸出到PCBEditor環(huán)境中開始的，并由原理圖設(shè)計(jì)來(lái)約束、決定。PCB的設(shè)計(jì)流程主要分為準(zhǔn)備工作、網(wǎng)表輸入、布局、布線、設(shè)計(jì)檢查、設(shè)計(jì)輸出幾個(gè)步驟。(1)準(zhǔn)備工作在PCBEditor設(shè)計(jì)環(huán)境下，需要進(jìn)行的準(zhǔn)備工作有，加載所需封裝庫(kù)，即和原理圖各元件屬性相

20、對(duì)應(yīng)的器件封裝、加載所需焊盤、創(chuàng)建所需的符號(hào)(包括機(jī)械、規(guī)格等)。(2)網(wǎng)表輸入在PCBEditor設(shè)計(jì)界面，打開*.brd的PCB文件后，首先要用FileImportlogic命令輸入由原理圖生成的網(wǎng)絡(luò)表文件。在網(wǎng)表輸入無(wú)誤之后，設(shè)計(jì)中所需元件及其電氣連接關(guān)系就全部加載到PCB編輯界面了。(3)PCB的布局在布局布線開始之前，要設(shè)計(jì)好PCB的板框，即Outline。如果沒有Outline，元器件將無(wú)法放置。另外，需要設(shè)定PCB的疊層，制定PCB的設(shè)計(jì)約束和規(guī)則，如不同種類信號(hào)線的寬度，走線間距，過(guò)孔尺寸，走線顏色等等。利用手動(dòng)或者自動(dòng)放置方法將元器件一一加載到PCB板框周圍后，接下來(lái)進(jìn)行元器

21、件的布局。在PCB設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，布局好壞將直接影響布線的效果以及最終產(chǎn)品的電氣性能。Allegro布局的方式分為交互式布局和自動(dòng)布局，但在使用過(guò)程中普遍采用的仍然是交互式布局。交互式布局時(shí)，應(yīng)遵守以下的原則：1)首先要完成需要定位元件的定位，再按照“先大后小，先難后易”的原則進(jìn)行布局;2)參考原理圖，以功能單元的核心元件為中心，圍繞核心元件進(jìn)行布局;3)總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號(hào)線最短;高電壓、大電流信號(hào)與小電流、低電壓弱信號(hào)完全分開;模擬與數(shù)字信號(hào)分開;高頻與低頻信號(hào)分開;高頻元件的間隔要充分;4)BGA與相鄰元件的距離5mm，其它貼片元件相互間的距離0.7mm;貼裝元件焊盤的

22、外側(cè)與相鄰插裝元件的外側(cè)距離大于2mm;5)使用同一種電源的器件盡量放在一起，以便于電源分隔;6)發(fā)熱元件一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機(jī)的散熱。7)整體布局應(yīng)考慮焊接方式和焊接方向，按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局。(4)PCB布線布線是將邏輯連接轉(zhuǎn)換為物理連接的過(guò)程，包括連線、過(guò)孔、焊盤、弧線、填充、多邊形覆銅和電源層等。布線方式分為自動(dòng)布線和交互式布線兩種。在對(duì)PCB的元器件進(jìn)行合理的布局后，點(diǎn)擊RouteConnect命令，開始進(jìn)行手動(dòng)布線。布線時(shí)要優(yōu)先處理好電源和地的導(dǎo)線，再處理重要的信號(hào)線如高速、時(shí)鐘信號(hào)線，最后處理普通信號(hào)線。在相鄰的兩層，要選擇相互垂直的方向來(lái)布線

23、，盡量縮短線與線之間的平行距離。4二階、四階有源濾波器電路原理4.1二階有源濾波器4.1.1濾波器的介紹濾波器是一種能使有用信號(hào)通過(guò)，濾除信號(hào)中的無(wú)用頻率，即抑制無(wú)用信號(hào)的電子裝置。有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。低通濾波器是一個(gè)通過(guò)低頻信號(hào)而衰減或抑制高頻信號(hào)的部件。理想濾波器電路的頻響在通帶內(nèi)應(yīng)具有一定幅值和線性相移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。但實(shí)際濾波器不能達(dá)到理想要求。為了尋找最佳的近似理想特性，本文主要著眼于幅頻響應(yīng)，而不考慮相頻響應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，濾波器的幅頻特性越好，其相頻特性越差，反之亦然。濾波器的階數(shù)越高，幅頻特性衰減的速率越快，但RC網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)越多，元件參數(shù)計(jì)算越繁

24、瑣，電路的調(diào)試越困難。任何高階濾波器都可由一階和二階濾波器級(jí)聯(lián)而成。對(duì)于n為偶數(shù)的高階濾波器，可以由n/2節(jié)二階濾波器級(jí)聯(lián)而成；而n為奇數(shù)的高階濾波器可以由(n-1)/2節(jié)二階濾波器和一節(jié)一階濾波器級(jí)聯(lián)而成，因此一階濾波器和二階濾波器是高階濾波器的基礎(chǔ)。4.1.2有源濾波器的設(shè)計(jì)有源濾波器的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)所給定的指標(biāo)要求，確定濾波器的階數(shù)n，選擇具體的電路形式，算出電路中各元件的具體數(shù)值，安裝電路和調(diào)試，使設(shè)計(jì)的濾波器滿足指標(biāo)要求，具體步驟如下：（1）根據(jù)阻帶衰減速率要求，確定濾波器的階數(shù)n。（2）選擇具體的電路形式。（3）根據(jù)電路的傳遞函數(shù)和歸一化濾波器傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式，建立起系數(shù)的方程

25、組。（4）解方程組求出電路中元件的具體數(shù)值。（5）安裝電路并進(jìn)行調(diào)試，使電路的性能滿足指標(biāo)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我選擇巴特沃斯濾波器。巴特沃斯濾波器的幅頻響應(yīng)在通帶中具有最平幅度特性，但是通帶到阻帶衰減較慢。選擇二階有源低通濾波器電路，即n=2。有源2階低通濾波器電路如圖1.1所示，壓控電壓源二階濾波器電路的特點(diǎn)是：運(yùn)算放大器為同相接法，濾波器的輸入阻抗很高，輸出的阻抗很低，濾波器相當(dāng)于一個(gè)電壓源，其優(yōu)點(diǎn)是電路性能穩(wěn)定，增益容易調(diào)整。圖4-1有源低通濾波器電路圖在集成運(yùn)放輸出到集成運(yùn)放同相輸入之間引入一個(gè)負(fù)反饋，在不同的頻段，反饋的極性不相同，當(dāng)信號(hào)頻率ffc時(shí)（fc為截止頻率），電路的每級(jí)RC

26、電路的相移趨于-90，兩級(jí)RC電路的移相到-180，電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反，故此時(shí)通過(guò)電容C引到集成運(yùn)放同相端的反饋是負(fù)反饋，反饋信號(hào)將起著削弱輸入信號(hào)的作用，使電壓放大倍數(shù)減小，所以該反饋將使二階有源低通濾波器的幅頻特性高頻端迅速衰減，只允許低頻端信號(hào)通過(guò)。巴特沃斯低通濾波器的幅頻特性為：SKIPIF10，n=1，2，3，.（4-1）SKIPIF10（4-2）（4-3）Butterworth的二階歸一化傳遞函數(shù)為：H（s）=1/(s*s+1.414*s+1)；它的化歸一化傳遞函數(shù)可以表示成兩個(gè)多項(xiàng)式的比:SKIPIF10A(s)（4-4）其中Auo為通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)，C為截止

27、角頻率，Q為品質(zhì)因子。從（1）式中可知，當(dāng)=0時(shí)，（1）式有最大值1；=C時(shí)，（1）式等于0.707，即Au衰減了3dB；SKIPIF10；（4-5）（4-6）簡(jiǎn)化電路圖如下：圖4-2二階有源濾波器簡(jiǎn)化電路圖4.2四階有源濾波器4階有源低通濾波器可以由2個(gè)2階低通濾波器級(jí)聯(lián)組成，其基本電路圖如圖3所示。設(shè)計(jì)4階巴特沃思低通濾波器的傳遞函數(shù)，用2個(gè)2階巴特沃思低通濾波器構(gòu)成1個(gè)4階巴特沃恩低通濾波器，其傳遞函數(shù)為：（4-7）為了簡(jiǎn)化計(jì)算，其參數(shù)滿足如下條件：（4-8）（4-9）選取C=0.01uF，可算得R=796。4階巴特沃思低通濾波器2個(gè)阻尼系數(shù)為：-0.765,1.848，由此算得兩個(gè)零頻

28、增益為：（4-10）（4-11）則傳遞函數(shù)為：（4-12）可以選擇兩個(gè)2階巴特沃斯低通濾波器級(jí)聯(lián)組成。增益分別為：（4-13）（4-14）對(duì)于第一級(jí)，若選取R3=61K，則R4=9.27K；對(duì)于第二級(jí)，若選取R7=20K，則R4=24.7K。圖4-34階低通濾波器基本電路5二階、四階有源濾波器電路的設(shè)計(jì)與仿真5.1電路原理圖的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)上述軟件的使用步驟以及電路的原理，設(shè)計(jì)出入下圖的電路圖。圖5-12階有源濾波器原理圖圖5-24階有源濾波器原理圖5.2電路的仿真在proteus上對(duì)電路進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下所示：圖5-32階低通有源濾波器波形圖圖5-42階低通有源濾波器波特圖圖5-54階低通有源濾波器波形圖圖5-64階低通有源濾波器波特圖5.3電路的PCB設(shè)計(jì)在Cadence上繪制電路圖并畫出相應(yīng)的PCB，結(jié)果如下所示：圖5-72階低通有源濾波器PCB圖圖5-84階低通有源濾波器PCB圖6心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)，我們通過(guò)對(duì)知識(shí)的綜合利用，進(jìn)行必要的分析，比較，從而進(jìn)一步驗(yàn)證了所學(xué)的理論知識(shí)，檢驗(yàn)了我們平時(shí)的學(xué)習(xí)效果。雖然此次課程設(shè)計(jì)與實(shí)際操作分析還有很大的差距，但是它提高了我們綜合解決問(wèn)題的能力，為我們以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)課本專業(yè)知識(shí)的理解，平常都是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，在此次課程設(shè)計(jì)中，真正做到了自己查閱資料、自己解決問(wèn)題，對(duì)示波