Sallen—Key低通滤波器高频馈通现象的原因及解决 【摘要】本文分析了Sallen-Key型低通滤波器出现高频衰减不足，即高频馈通现象产生的原因。通过Tina-TI软件模拟验证，并给出解决上述现象常用的三种解决方法。在实际设计滤波器电路时有一定的参考意义。
【关键词】Sallen-Key滤波器;低通滤波器;高频馈通;Tina-TI
1.引言
Sallen-Key双层布
二阶低通滤波器是工程上应用最广泛的滤波器之一，其电路原型是利用电压反馈运算放大器及RC元件构成，优点是电路结构简单，通带增益、极点角频率和品质因数的表达式简洁，而且品质因数调节方便，可调范围大。 当设计一个模拟低通抗混叠滤波器时，通常希望它的幅度增益在滤波器的转折频率后一直下降。对于Sallen-Key滤波器的确可以衰减转折频率和某个频点（这个频点比转折频率更高）间的信号，但在该高频点后，滤波器的幅度增益开始随着频率的增加而增加，即高频馈通现象。
本文分析了Sallen-Key低通滤波器产生的高频馈通现象的原因，并且通过TI公司的SPICE仿真软件Tina-TI进行仿真验证，快速且直观的反应出了这种高频馈通现象。通过给出的三种常见解决方法，有效的抑制了高频馈通现象。
2.Sallen-Key低通滤波器高频馈通现象产生的原因
以OPA227运放为例，如图1所示，为一个典型的Sallen-Key低通滤波器。 图1 典型Sallen-Key低通滤波器
图2 典型Sallen-Key低通滤波器增益曲线
考虑到Sallen-Key型滤波器的拓扑结构，实际上有两条路径产生了Vout，一条是忽略了输出阻抗的运放输出，它主宰了前半部分“正常”的增益曲线;另一条是流过R1和C2的电流注入到运放闭环输出阻抗Zo上的结果，它主宰了“上扬”的后半部分增益曲线。在100K频率附近前，既是理想的滤波器增益曲线。我们知道放大器的特性：随着频率的升高，放大器的开
环增益下降，它的闭环输出阻抗开始增加。所以随着闭环输出电阻Zo的增加，当其上的电压等于运放的正向输出电压，此时开始Zo上的电压将占主导地位（因为运放的增益持续降低，信号难以通过运放，将选择更容易到达输出端的路径），此时开始，增益曲线的斜率将跟随着Zo增加的斜率。直到运放的开环增益降为0的频率开始，Zo保持恒定，增益曲线保持稳定。
我们可以用等效电路来推倒上面的结论，假设到某一频点（转折频率附近），导致C1，C2都交流短路，则可以得到：
OPA227的开环输出阻抗约为20欧姆，所以Zo最大也就是20欧姆，远小于R1，因此可以简化得到：
这里R1为羟基氧化钴2.4K。查看OPA277的开环增益曲线可知，在主极点140mHz后，OPA277的开环增益以-20dB/decade的速率下降，相反地闭环输出阻抗将以20dB/decade的速度增大，所以，闭环增益曲线将随Zo的20dBde/decade斜率上升而上升，并在运放的开环增益为0时，闭环增益降等于Zo/R1。
由图2，可以清楚地看到，在C1，C2短路前，滤波器的开环增益曲线，以-40dB/decade的速度下降;C1，C2短路后，滤波器的闭环增益随着Zo的上升斜率20dB/decade开始上升，直到8MHz附近，OPA277开环增益降为0dB，Zo=20欧姆，此时，Vout/Vin=20/2.4K=0.008≈40dB。
3.解决Sallen-Key低通滤波器高频馈通的常用方法
液压增压阀基于对以上高频馈通原因的分析，下面给出三种常用的解决方法：
液压卸车翻板（1）如果可能，选择FET或者CMOS型放大器作为为有源滤波器，他们拥有pA级的输入偏置电流，这是的可以将R1和R2增大10倍，C1，C2减小10倍。增大R12-氯-5-氯甲基噻唑，可以大大减少流过Zo的电流;减小C，可以节约尺寸和成本。
（2）在滤波后再加一个RC滤波抑制高频，如图3所示。
（3）在C2和Zo间添加一个缓冲器隔离，使得C2上的电流不再流入有机冲施肥Zo。
图3 加入RC滤波后的Sallen-Key低通滤波器
图4 加入RC滤波后的Sallen-Key低通滤波器增益曲线
图5 加入缓冲隔离后的Sallen-Key低通滤波器
图6 加入缓冲隔离后的Sallen-Key低通滤波器增益曲线
需要注意的是为了减少运放偏置电流对系统频率的影响，隔离C2和Zo的运放应该选择FET或CMOS输入的放大器。加入隔离运放后，我们看到系统较第二种方法将拥有更好的滤波响应。
4.结论
通过分析Sallen-Key低通滤波器的高频馈通现象产生的原因，本文给出了三种可行的解决方法并加以比较，通过Tina-TI软件仿真，验证了文中所提的三种方法能够有效的解决Sallen-Key低通滤波器的高频馈通。
参考文献
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