更新时间：2025 08 17 14:23:53 作者 ：庆美网 围观 : 24次
设计和实现连续时间有源滤波器非常具有挑战性，需要使用多个高性能运放和精度很高的无源器件。设计挑战包括如何选择最优的滤波器架构，还需要使用专用的滤波器计算软件²。另一个简单的方法是使用高度集成的 SCF (开关电容滤波器)，SCF 可以大大减少外围元器件数目，使滤波器调谐十分简单，并可降低系统功耗。本文通过分析如何实现一个连续时间滤波器和一个 SCF 来说明其在性能和复杂程度上的不同。
如上所述，贝塞尔滤波器的特性使其非常适合时域应用，因为它们在示波器/ 分析仪这类测试应用中几乎没有失真。但设计者通常需要构建更高阶的贝塞尔滤波器(这意味着比巴特沃思或椭圆滤波器的极点更多)来实现足够大的阻带衰减。
图 1 所示原理图为 5 阶、1.0kHz、低通贝塞尔滤波器，设计基于 Sallen-Key 架构，为减少元器件数目进行了优化，使用精度为 1%的标准电阻和精度为 5%的标准电容。为确定外围元件值，使用了滤波器设计软件 FilterPro™，并用 PSPICE 仿真工具进行了验证。
图 1. 两个运放和多个无源元件构成 5 阶、1.0kHz、低通贝塞尔滤波器
许多情况下，输入和输出 RC 滤波器还需要一个额外的运放作缓冲，尤其是当信号源阻抗较高(大于几百欧)或滤波器输出的下一级输入阻抗过低(低于几百 kΩ)时。
贝塞尔滤波器的 SPICE 仿真结果如图 2 所示，该频响图是同一滤波器进行 100 次 Monte Carlo 仿真计算的结果。SPICE 仿真器通过在标称容限范围内随机改变外围元件值模拟器件的差异，仿真结果揭示截止频率会在 fC = fIN -3dB ± 0.6dB 范围内变动，这是电容和电阻值在标称容限内变化引起的。
图 2. 5 阶贝塞尔滤波器 SPICE 仿真频响结果
为在 1kHz 至 15kHz 的截止频率范围内获得可以接受的特性(80dB 或更好的动态范围)，设计人员必须使用容限更严格、具有更高温度稳定性的元器件。例如：
对于截止频率为 1kHz 至 15kHz 的滤波器来说，运放在 0.5MHz 至 6.5MHz 范围内必须具有一致的增益，THD+N (总谐波失真 + 噪声)必须小于 0.005%。
电容应该采用精密的陶瓷电容或薄膜电容，而且在很宽的温度范围和电压范围内必须能够保持稳定的标称值。
电阻应该是容限好于±1%的金属膜电阻，还要具有较低的温度系数。
为了保证量产性能，元器件最好从可靠的供应商采购，如 Panasonic、Rohm、Vishay、Kemet 和 AVX。
一个 5 阶、截止频率为 1kHz 至 15kHz 的贝塞尔低通滤波器的元器件 BOM 成本估计在$1.50 至$2.00 之间(1000 套以上价格)。这还不包括设计、测试、PCB 布板、组装、元件采购等花费的时间成本，这些成本难以量化而且与公司有关。关于元器件值变化对高阶连续时间滤波器的影响，请参考应用笔记 738：“Minimizing Component-Variation Sensitivity in Single Op Amp Filters”。
Maxim 提供一种更有效、更简单的集成开关电容滤波器解决方案，利用一颗芯片即可实现大多数滤波器的效果(应用笔记 733：“A Filter Primer”介绍了更多关于 SCF 的技术细节)。滤波器设计人员仅需一个低成本外部电容或外部时钟，就可以得到集成、可靠、可预测的高性价比滤波器方案，而且不易受温度和其它环境参数影响。
图 3 和图 4 是利用 SCF 芯片(MAX7409/MAX7413)实现 5 阶低通贝塞尔滤波器的电路原理图，其中的 0.1µF 去耦电容可以使用普通的低成本陶瓷电容(材质为 X7R 或 Z5U)，但图 4 中的 CCLK 推荐使用 COG (NPO)材质的电容。
图 3. 开关电容滤波器的 fC (截止频率)可以用一个占空比为 50% ± 10%的时钟实现
图 4. 用开关电容滤波器的内部振荡器设置 fC 需要在 CLK 引脚和地之间接一个电容 CCLK，当 CCLK = 300pF 时，fC = 1kHz。
仿真和测试结果(如图 5 所示)表明基于 MAX7409/MAX7413 的开关电容滤波器在通带内的变化优于基于运放的连续时间滤波器。开关电容滤波器的另一个优点是易于调谐。截止频率可以通过内部或外部时钟调整。而对于基于运放的连续时间滤波器而言，改变截止频率几乎相当于重新设计滤波器。
图 5. fC = fIN 处的开关电容滤波器通带变化在整个温度和电压范围内仅为 -3dB ± 0.4dB
不知道从事电子行业的工程师，有没有使用模拟仿真工具，仿真软件网上又有很多，初学者，可能只知道Multisim和Proteus。一般Multisim适合在学习模拟电路和电路分析原理课程时使用，便于理解电路工作原理。Proteus学习单片机用的比较多，但是没直接用开发板方便。
一般电源和运放器件选型，多用ADI和TI的芯片，这个时候，LTspice XVII和Tina-TI，以及PSpice 就很重要了，因为厂家已经把芯片的应用设计做好了，通过他们自己的模拟软件，得出的模拟仿真结果更准确。不过要注意的是，模拟终究是模拟，实际验证还需要考虑更多的因素。
下面我给你们介绍下，常用的几款软件吧，至于Multisim和Proteus，大家用的比较多就不做介绍了。
Pspice
公司：Cadence
简介：
相信大家对Pspice都不会陌生，这是一款业界公认的仿真器，集成在Cadence公司的OrCAD软件包内。OrCAD PSpice是一个高性能，工业级的模拟和混合信号仿真工具和 波形查看器。作为最受欢迎的通用和混合模式电路仿真工具，PSpice从元器件供应商处为用户提供了大量的仿真模型。PSpice 仿真技术在各个领域得到广泛应用，比如航天，医疗，电力电子和汽车电子等。此外，PSpice在研究领域也被作为参考结果广泛使用。PSpice能够仿真从简单和复杂电子电路，电源系统到射频领域的系统和IC设计。自带数学函数，模拟行为模型，电路优化和机电一体化联合仿真等功能，使得OrCAD PSpice仿真环境远远超出了一般电路仿真工具的范畴。
优点：
1、高准确度：最精确的SPICE仿真器，用于基于SPICE的混合信号电路仿真；
2、模型广泛：各个IC厂家提供大量仿真模型，自带数学函数和模拟元器件行为建模技术允许用户进行各种高度自定义仿真。
3、功能强大：强大的波形查看和波形后处理公式支持快速检查和分析结果。
4、用户广泛：Pspice已经成为业界标准，各大主流半导体公司都会提供元器件的Pspice模型，为后续系统与应用级仿真创造了良好的条件。
5、底层与系统级仿真集成：Pspice可支持Matlab,C/C++/System C, Verilog-A-ADMS等功能。
缺点：
1、集成在大软件内，安装包大且安装不易；
2、操作不方便；
3、仿真速度慢，电脑资源消耗大；
4、不容易收敛；
5、需要开关电源的平均模型才能进行交流仿真；
总结：
Pspice是功能很强大的仿真工具，可以应用在各种电子应用中，而且资源众多，但是初学者用起来经常会出现各种问题，建议有一点仿真基础以后再来学习。
LTspice
公司：ADI
简介：
LTspice是一款高性能SPICE仿真软件、电路图捕获和波形观测器，并为简化模拟电路的仿真提供了改进和模型。LTspice 的下载内容中包括了用于大多数 Analog Devices 开关稳压器、放大器的宏模型，以及用于一般电路仿真的器件库。
优点：
1、软件安装包小，资源消耗少；
2、操作简单；
3、仿真速度快；
缺点：
1、所支持大多仅为ADI公司自己的芯片模型；
2、功能有限；
总结：
ADI公司推出的这一款仿真软件，小巧好用，非常适合用来评估学习ADI公司设计的芯片应用电路，但是并没有包含其他家的芯片模型。且功能有限，仅适合做应用级仿真。
TINA-TI
公司：TINA&TI
简介：
TINA-TI是TI公司定制化的SPICE仿真软件，可以支持电源、信号链仿真，且TI公司提供了很多芯片模型，支持主流的仿真模式，可以很方便的评估电路性能。
优点：
1、软件安装包小，资源消耗少；
2、操作简单；
3、仿真速度快；
4、更适合评估信号链产品（运放，ADC，DAC等）
缺点：
1、功能有限；
2、所支持大多仅为TI公司自己的芯片模型；
总结：
TI公司推出的这一款半定制化仿真软件，小巧好用，非常适合用来评估学习TI公司设计的芯片应用电路，但是并没有包含其他家的芯片模型。且功能有限，仅适合做应用级仿真。
一般来说仿真软件，都差不多，在仿真哪个方面，哪个软件好用，就用哪个。至于我上面提到几款，建议掌握基本使用，其它的Simplis，PSIM，Saber就不多做介绍了，可以自己了解。
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用户评论
终于找到解释PSpice的帖子了！前些日子老是看见电路图里标着PSpice，不知道什么意思，看了这个博文我总算明白了。准备好好学习一下这软件，以后自己设计电路的话就不用再跟别人麻烦了。
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确实很有必要了解PSpice，现在很多电子工程专业的课程都用它来模拟电路。网上教程也比较多，只要花时间去学的话，相信能够很快上手的呀！
有17位网友表示赞同！
其实PSpice这个软件真挺好用的，可以很直观的模拟电路的工作情况，比画图要直接好多，而且还能分析参数和各种指标。不过我个人感觉上手还是有一定的难度，需要好好琢磨一下。
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这个标题把我给吸引了！我是电工专业的新生，对电路设计有些兴趣，打算学一学PSpice，但是听说这软件不好用，不知道真的吗？希望能找到一些清晰的教程或视频讲解。
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PSpice还是挺常用的专业的模拟软件，不过作为电子爱好者来说不太需要完全精通吧？了解基本功能和用法就足够了。我平时用它来验证一下简单的电路设计，还挺方便的。
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我觉得这位博主写的不错，把PSpice的概念解释得很清楚，也介绍了一些学习资源，对于初学者的入门很有帮助！现在电子工程相关软件这么多，PSpice确实是一个比较经典的选择。
有20位网友表示赞同！
我不太认同这个说法，说PSpice不好用是因为你没掌握技巧吧？其实这款软件功能强大且灵活，只要深入学习就能很好地应用它来设计和仿真电路。我本人非常喜欢使用PSpice！
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之前看过一些关于PSpice的教程，感觉确实比较深奥，而且需要先了解一些电路方面的知识才能开始学习吗？新手真的很难入门啊...
有20位网友表示赞同！
对于我们来说PSpice只是一个工具而已，掌握它并非非必要。比起死记硬背软件功能，更重要的是要理解电路工作原理和电子学知识！
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这篇文章写的蛮好，帮我解答了我很多疑惑了！以前只知道PSpice是模拟电路的专用软件，没想到还有这么多详细的功能描述，原来还可以用来分析谐振电路、滤波器等等！真眼界开阔了!
有14位网友表示赞同！
我学的是计算机科学，对PSpice用的不多啊，感觉这些电子工程方面的知识距离我有点远.... 不过还是蛮感兴趣的，或许可以利用课余时间稍微学习一下吧。
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我一直觉得PSpice挺好用的，能够快速地模拟电路，并且还能生成一些报告图表。在工作中经常使用它来优化电路设计，提升效率！<br >
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我觉得对于电子工程专业的学生来说，学习PSpice是必不可少的课程。不仅能够帮助你理解电路原理，也能让你掌握仿真分析的关键技能，为未来找到工作做好准备。
有15位网友表示赞同！
看了一下这个博文的评论，很多人都说PSpice不好学, 不过我觉得只要坚持练习就会有所进步的！现在有很多在线学习资源和视频教程可以参考，只要自己愿意付出时间去学习，相信一定能掌握PSpice!
有5位网友表示赞同！
我曾经因为一个简单的电路设计问题困扰了好久，后来才发现可以用PSpice来模拟分析。真是太神奇了！它能够帮我快速找出错误所在，节省了很多时间和精力。
有12位网友表示赞同！
我觉得学习软件最重要的是理解它的原理和应用场景，而不是死记硬背功能。想要真正学会PSpice，就需要多动手实践，从简单的电路开始练习，逐步提高复杂度，这样才能掌握更深刻的知识!
有19位网友表示赞同！
这篇博文很有启发意义，让我了解到学习PSpice的重要性及其在电子工程领域中的应用！我会去看看相关的教程，尝试一下这个软件!
有15位网友表示赞同！