原创 模拟滤波器设计流程——（三）从系统指标到电路映射

片上集成的模拟滤波器常常是系统中的一个组成模块，对滤波器所有的性能指标要求来源与于系统指标的分解。比如说滤波器的噪声，线性度，带外抑制度，带内纹波，时延特性等等。确定采用何种类型，多少阶次的滤波器都可以通过系统仿真得到。举个例子说，7阶的butterworth和5阶的切比雪夫在带外抑制度上可能都差不多，但在带内纹波和时延特性上却不尽相同，这样的两个滤波器分别代入系统做系统仿真，很容易就可以看到他们各自的特性对解调误码率的影响。而如果都满足系统要求的情况下，如何去选择合适的滤波器，还要综合考虑复杂度，以及成本。

事实上做系统仿真的时候，往往就将我们能选择的滤波器类型范围缩小了。而再考虑一下实现成本，基本上能够达到指标要求的滤波器类型和阶次也就定了。剩下的工作无非就是常规的滤波器设计。利用普遍的滤波器设计工具，代入抑制度，截止频率，增益等参数，就能得到特定结构中使用到的元件参数。在综合滤波器设计的时候，最为广泛运用的应该是级联方式。通过将高阶次的传递函数分解为多个一阶和二阶传递函数的组合，再分级实现滤波器。这种方法大大简化了滤波器的设计，避免了多级反馈，从电路设计难度上来讲要更为容易一点。

假设我们需要设计一个5阶的butterworth型低通滤波器。首先将滤波器划分为3级结构，1级一阶，2级2阶。再根据归一化的传递函数表和滤波器的截止频率，可以得到各级的特征频率和Q值。知道了这两个值之后带入对应的1阶或2阶传递函数，可以很方便地求解出需要的R或C（也有可能是Gm或C）值。这样我们就将滤波器与普通的模拟电路如如运放等关联起来。

滤波器设计从这个层次再往下，考验的就是我们对基本的模拟电路模块如运算放大器，Gm单元等电路的掌握能力了。

如果滤波器传递分解之后有多级2阶结构，则需要考虑不同Q值的2阶结构在链路中的位置。Q值高的一般放在后面，因为高Q值放在前面影响滤波器的动态范围。但放在后面对抑制滤波器内部噪声却没什么好处，因为落在高Q值模块谐振峰值处的噪声会被放大。