د انالوګ فلټر ډیزاین تخنیکونه

د انالوګ فلټر ډیزاین تخنیکونه

د الکترونیکي نړۍ کې، انلاګ فلټرونه د نورو پروسس کولو دمخه د سیګنال سپیکٹرا په شکل ورکولو، پاکولو او کنټرولولو کې مهم رول لوبوي. د ډیجیټل دورې د واکمنۍ سره سره، انلاګ فلټرونه په ډیری غوښتنلیکونو کې اړین پاتې دي - د آډیو او وسایلو څخه تر مخابراتو پورې د کنټرول سیسټمونو پورې - ځکه چې دوی په ریښتیني وخت کې د ځنډ پروسس کولو پرته کار کوي او د پیل څخه د شور د فشارولو لپاره د سرکټ په مخکینۍ پای کې کیښودل کیدی شي. دا مقاله د عملي انلاګ فلټر ډیزاین تخنیکونو په اړه بحث کوي: د بنسټیزو مفاهیمو او ټوپولوژي انتخاب څخه تر عام ډیزاین مرحلو پورې.

۱. د انلاګ فلټرونو اساسي مفهوم

انالوګ فلټر هغه سرکټ دی چې د یوې ځانګړې فریکونسۍ رینج دننه سیګنالونه لیږدولو او له دې رینج څخه بهر فریکونسۍ کمولو لپاره ډیزاین شوی. د دوی د فریکونسۍ غبرګون پراساس، انالوګ فلټرونه په څو ډولونو ویشل شوي دي:

۱. د ټیټ پاس فلټر (LPF): ټیټ فریکونسۍ تیروي او لوړې فریکونسۍ کموي.
۲. د لوړ پاس فلټر (HPF): لوړ فریکونسۍ تیروي او ټیټ فریکونسۍ کموي.
۳. د بانډ پاس فلټر (BPF): د یو ټاکلي فریکونسۍ بانډ څخه تیریږي، د بانډ لاندې او پورته کموي.
۴. د بند بند / نوچ فلټر: ځینې تنګ بندونه ردوي (د مثال په توګه ۵۰/۶۰ هرټز).
۵. ټول-پاس فلټر: نسبتا ثابت طول البلد، مګر مرحله بدلوي (د مرحله جبران لپاره ګټور).

د فلټر اصلي پیرامیټرونه د کټ آف فریکونسۍ (fc)، ګین، ریپل (په پاس بانډ کې موجونه)، د سټاپ بانډ کموالی، او د فلټر ترتیب (د رول آف سلپ ټاکي) شامل دي. عموما، ترتیب لوړ وي، لیږد تیز وي، مګر سرکټ ډیر پیچلی وي.

۲. د ډیزاین مشخصات مشخص کړئ

د ډیزاین ښه تخنیکونه تل د روښانه مشخصاتو سره پیل کیږي. د ټوپولوژي غوره کولو دمخه، دا معلومه کړئ:

- پاس بانډ: د فریکونسۍ رینج چې باید تیر شي، په شمول د څپې زغم.
- سټاپ بانډ: هغه حد چې باید کم شي، په شمول د کموالي هدف (د مثال په توګه -40 dB).
- د لیږد فریکونسي: د پاس بینډ او سټاپ بینډ سرحدونو ترمنځ فاصله. څومره چې دا تنګ وي، هومره لوړ ترتیب ته اړتیا وي.
- سرچینه او د بار خنډ: د غیر فعال فلټرونو لپاره او د بارولو څخه مخنیوي لپاره مهم دی.
- د اجزاو محدودیتونه: د R، C ارزښتونو شتون، زغم، اندازه، لګښت، او د عملیاتي امپ محدودیتونه (د فعال فلټرونو لپاره).

د مثال په توګه، د آډیو غوښتنلیکونو لپاره، تاسو ممکن د 20 kHz fc، ټیټ څپې، او ټیټ تحریف سره LPF وغواړئ. د وسایلو لپاره، تاسو ممکن د 50 Hz نوچ ته اړتیا ولرئ ترڅو د اصلي سیګنال ګډوډولو پرته بریښنایی شور له منځه یوسي.

۳. د ځواب نږدې والی غوره کول: بټرورت، چیبیشیف، بیسل

د مثالي فلټر غبرګون ترلاسه کول ناممکن دي، نو د معیاري نږدې کولو فعالیت کارول کیږي:

– بټرورت: تر ټولو زیات فلیټ پاس بانډ. د آډیو او عمومي موخو لپاره مناسب. لیږد په ورته ترتیب کې د چیبیشیف په څیر تیز ندی.
– چیبیشیف: تیز لیږد، مګر په پاس بانډ (چیبیشیف I) یا سټاپ بانډ (چیبیشیف II) کې څپې لري. مناسب دی کله چې لوړ انتخاب ته اړتیا وي.
– بیسل: نږدې خطي مرحله او ښه لنډمهاله غبرګون (کوچنی اوور شوټ). د نبض سیګنالونو، وسایلو، او ځینې انټي ایلیزینګ لپاره مناسب.

د نږدې والي انتخاب اکثرا په لومړیتوب پورې اړه لري: فلیټ طول البلد، انتخاب، یا د مرحلې خطي والی.

۴. د فلټر ترتیب او د مرحلې جوړښت (کاسکیډینګ)

د فلټر ترتیب د رول آف سلپ ټاکي: هر ترتیب نږدې 20 dB/لسیزه (یا 6 dB/octave) اضافه کوي. د مثال په توګه، د دوهم ترتیب فلټر نږدې 40 dB/لسیزه اضافه کوي. په عمل کې، د لوړ ترتیب فلټرونه معمولا د څو لومړي یا دوهم ترتیب مرحلو (بایکواد) کاسکیډ کولو سره جوړیږي. دا د ټونینګ او اجزاو انتخاب ساده کوي.

عمومي ګامونه:
۱. د کمولو او لیږد مشخصاتو لږترلږه ترتیب مشخص کړئ.
۲. دا په څو دوهم ترتیب مرحلو وویشئ + که اړتیا وي، یو لومړی ترتیب مرحله.
۳. د جدول یا محاسبې پایلو سره سم د هرې مرحلې (Q او ω0) لپاره پیرامیټرونه تنظیم کړئ.

۵. غیر فعال فلټرونه د فعالو فلټرونو په مقابل کې

غیر فعال فلټر
د امپلیفیر پرته R، L، او C کاروي. ګټې: ټیټ شور، د بریښنا رسولو ته اړتیا نشته، په لوړ فریکونسۍ کې کار کولی شي. زیانونه: لوی / ګران انډکټر، د مرحلو ترمنځ بار کول، او د ګټې ترلاسه کولو کې ستونزه.

معمولا په RF، د امپیډینس میچنګ، یا د لوړ بریښنا غوښتنلیکونو کې کارول کیږي.

فعال فلټر
د op-amp + R او C کارول (پرته له انډکټر). ګټې: کوچنۍ اندازه، اسانه ګټه کنټرول، لوړ ان پټ او ټیټ تولیدي خنډ. زیانونه: محدود op-amp بینډ ویت، op-amp شور، او احتمالي اشباع.

د آډیو او ټیټ-منځني سیګنالونو لپاره، فعال فلټرونه اکثرا لومړی انتخاب وي.

۶. عام فعال فلټر ټوپولوژي

ځینې ​​مشهورې ټوپولوژي:

۱. سالین-کی (VCVS)
ډیزاین کول اسانه دي، لږ اجزا، د دوهم ترتیب LPF/HPF لپاره مناسب دي. Q د ګټې او اجزاو تناسب لخوا اغیزمن کیږي. ډیری وختونه په آډیو کې کارول کیږي.

۲. ګڼ غبرګونونه (MFB)
د لوړ Q سره د LPF/BPF لپاره مناسب. د سالین-کی په پرتله د لوی Q لپاره ډیر مستحکم، مګر د اجزاو محاسبه یو څه پیچلې ده.

۳. د حالت متغیر / ټو-توماس
په ورته وخت کې LPF، HPF، او BPF محصولات تولیدوي. په اسانۍ سره د Q او ریزونانس فریکونسي تنظیموي. د ټون کولو وړ فلټرونو لپاره مناسب.

۴. بایکواد (عمومي)
د دوهم امر بلاک لپاره عمومي اصطلاح. ډیری لوړ امر فلټرونه د بایکوادونو څخه جوړ شوي دي.

د ټوپولوژي انتخاب د Q اړتیاوو، د تنظیم اسانتیا، د زغم سره حساسیت، او د آپ-امپ ځانګړتیاو لخوا اغیزمن کیږي.

۷. د عملي ډیزاین تخنیکونه (کاري جریان)

لاندې یو کاري جریان دی چې په پراخه کچه د انلاګ فلټرونو ډیزاین کولو کې کارول کیږي:

۱. مشخصات مشخص کړئ: د فلټر ډول، fc/fo، څپه، کموالی، ترتیب.
۲. نږدې والی غوره کړئ: بټرورت/چبیشیف/بیسل.
۳. د هر بایکواد لپاره د پړاو پیرامیټرې ترلاسه کړئ: ω0 او Q (د جدولونو، سافټویر، یا فورمولونو څخه).
۴. د هرې مرحلې لپاره یوه ټوپولوژي غوره کړئ: د منځنۍ Q لپاره سالین-کی، د لوړې Q لپاره MFB، د ټونینګ لپاره د حالت متغیر.
۵. د اجزاو ارزښت محاسبه کړئ: لومړی معیاري C وټاکئ (د مثال په توګه ۱۰ nF، ۱۰۰ nF) بیا R محاسبه کړئ ترڅو دقیقیت اسانه شي.
۶. سمولیشن: د شدت او پړاو غبرګون لیدلو لپاره SPICE وکاروئ، د op-amp سنتریت او شور هم وګورئ.
۷. زغم په پام کې ونیسئ: R ۱٪ او C ۵٪ کولی شي fc او Q بدل کړي. د دقیق غوښتنلیکونو لپاره، د C زغم ۲٪ یا ټرمینګ وکاروئ.
۸. د PCB ترتیب: اوږدې لارې کمې کړئ، انلاګ ځمکې جلا کړئ، د نښلولو څخه ډډه وکړئ، او د اپ-امپ ته نږدې کیپسیټرونه ځای په ځای کړئ.
۹. د پروټوټایپ ازموینه: د فریکونسۍ غبرګون اندازه کړئ (سویپ کړئ)، تحریف وګورئ (د آډیو لپاره THD)، او د تودوخې د بدلونونو په وړاندې تایید کړئ.

۸. هغه غیر مثالي اړخونه چې ډیری وختونه له پامه غورځول کیږي

اصلي انلاګ فلټرونه د لاندې لخوا اغیزمن کیږي:

– د Op-amp بینډ ویت (GBW): د لوړ Q او لوړ فریکونسۍ لپاره، د op-amp باید د عملیاتي فریکونسۍ څخه GBW ډیر لوړ وي.
- د سلیو کچه: لوی ampپه لوړ فریکونسیو کې د لیټیوډ سیګنالونه کولی شي د تحریف لامل شي.
– شور: مقاومت کوونکي او عملیاتي امپونه شور زیاتوي. په وسایلو کې، د مقاومت ارزښتونه غوره کړئ او د ټیټ شور عملیاتي امپونه غوره کړئ.
- د اجزاو زغم: Q ډیر حساس دی؛ "قوي" ډیزاینونه که اړتیا نه وي د سخت Q څخه مخنیوی کوي.
- د مرحلو ترمنځ بار کول: بفرینګ ډاډمن کړئ یا داسې ټوپولوژي وکاروئ چې تعامل کم کړي.

د پیل څخه د غیر مثالي عواملو په پام کې نیولو سره، وروستۍ پایله به د تمې سره سم وي کله چې عملي شي.

۹. د غوښتنلیک مثالونه

- آډیو کراس اوور: د ټویټر او ووفر فریکونسۍ ویشلو لپاره د 2-4 ترتیب LPF او HPF کاروي.
- انټي ایلیازینګ: د ADC څخه مخکې LPF ترڅو د لوړ فریکونسۍ اجزاو مخه ونیسي چې په شور کې تاو شي.
- نوچ ۵۰/۶۰ هرټز: د ECG/EEG سیګنالونو یا صنعتي سینسرونو کې د غږ له منځه وړلو لپاره.
- د RF مخکینۍ برخه: د یو ځانګړي چینل غوره کولو لپاره تنګ بینډ پاس.

پایله

د انالوګ فلټر ډیزاین تخنیکونو کې د مشخصاتو انتخاب، د غبرګون نږدې والی (بټرورت، چیبیشیف، بیسل)، د امر ټاکل، د ټوپولوژي انتخاب (سالین-کی، MFB، د حالت متغیر)، او د غیر مثالي فکتورونو ارزونه لکه د اجزاو زغم او د آپ-امپ محدودیتونه شامل دي. د منظم ډیزاین جریان او ښه سمولیشن سره، انالوګ فلټرونه دقیق، مستحکم، او د غوښتنلیک اړتیاو سره سم جوړ کیدی شي - که د آډیو، وسایلو، یا مخابراتو لپاره وي.

که تاسو وغواړئ، زه کولی شم تاسو سره د بشپړ محاسبې مثال په جوړولو کې مرسته وکړم (د مثال په توګه، د سالین-کی ټوپولوژي سره د څلورم ترتیب بټرورت LPF) د RC ارزښتونو او تیوریکي سمولیشن پایلو سره بشپړ.