rcl-crd變換法有源rc濾波器的設(shè)計與研究【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　RCL-CRD變換法有源RC濾波器的設(shè)計與研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 電子信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</

3、b></p><p>　　設(shè)計有源RC濾波器的其中一種方法是直接將無源LC梯形網(wǎng)絡(luò)中的電感原件用具有感性輸入阻抗的有源RC電路替換。我們知道LC梯形低通濾波器電路中含有浮地電感，而浮地電感不能直接用仿真電感替代。如果能通過變換的方法，將電感L變換為其他的無源或有源元件，就可以實現(xiàn)有源RC濾波器。利用RCL-CRD變換法就可以達(dá)到這一目的，本文就是采用這種方法來實現(xiàn)有源RC濾波器的的制作，通過ORCAD的反復(fù)

4、的仿真與調(diào)試，最后達(dá)到各個數(shù)據(jù)的合理性，成功驗證了低通濾波器的頻帶與仿真結(jié)果的一致性。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 有源RC濾波器；RCL-CRD變換法；浮地電感；OrCAD</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The one method of design of Active RC filter is

5、 directly replace passive LC ladder network to the inductor in the original input impedance with a sensitivity RC active circuitsWe know LC ladder low-pass filter circuit containing floating inductors, and floating induc

6、tance inductance can not be directly replaced by simulation.If can use the method through transformation, and the inductor L is transformed into other passive or active components, active RC filter can be achieved.using

7、Transformatio</p><p>　　Key words: Active RC Filter；RCL-CRD transfommation；Floating inductance；OrCAD</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p

8、><p>　　1.1 濾波器的發(fā)展過程1</p><p>　　1.2 濾波器分類1</p><p>　　1.2.1 波器分類按處理信號類型分類1</p><p>　　1.2.2 按選擇物理量分類1</p><p>　　1.2.3 按頻率通帶范圍分類2</p><p>　　1.3 有源濾波器

9、發(fā)展史2</p><p>　　1.4 有源RC濾波器的特點及其比較3</p><p><b>　　2 硬件設(shè)計5</b></p><p>　　2.1 濾波器的實現(xiàn)原理5</p><p>　　2.2 基本設(shè)計原理5</p><p>　　2.3 基本設(shè)計思想5</p><

10、;p>　　2.4 通用阻抗變換器6</p><p>　　2.5 運(yùn)算放大器的工作原理7</p><p>　　2.6 頻變負(fù)電阻的實現(xiàn)8</p><p>　　3 電路仿真與調(diào)試10</p><p>　　3.1 OrCAD的發(fā)展10</p><p>　　3.2 OrCAD的介紹10</p>

11、<p>　　3.3 利用RLC-CRD變換法設(shè)計有源RC濾波器13</p><p><b>　　4 結(jié)論17</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　1 引言</b>

12、;</p><p>　　1.1 濾波器的發(fā)展過程</p><p>　　20世紀(jì)初年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。自那以后無源濾波器日趨成熟。60年代起由于計算技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著高精度、小體積、低功耗、多功能、可靠的穩(wěn)定和價廉性方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠性成為70年代以后的主攻

13、方向，導(dǎo)致有源RC濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展并至那之后上述幾種濾波器的單片集成被研制出來并得到應(yīng)用。八十年代致力于各類新型濾波器性能提高的研究并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。九十年代至今在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。 </p><p>　　我國廣泛使用濾波器是五六十年代后的事，當(dāng)時主要用于話路濾波和報路濾波。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)

14、展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)應(yīng)用等方面已有一定進(jìn)步，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際水平有一段距離。</p><p><b>　　1.2 濾波器分類</b></p><p>　　1.2.1 波器分類按處理信號類型分類</p><p>　　濾波器可分為模擬濾波器和離散濾波器兩大類。其中模擬濾波器又

15、可分為有源、無源、異類三個分類；離散濾波器又可分為數(shù)字、取樣模擬、混合三個分類。當(dāng)然，每個分類又可繼續(xù)分下去，總之，它們的分類可以形成一個樹形結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.2.2 按選擇物理量分類</p><p>　　濾波器可分為頻率選擇、幅度選擇、時間選擇（例如PCM制中的話路 信號）和信息選擇（例如匹配濾波器）等四類濾波器。</p&g

16、t;<p>　　1.2.3 按頻率通帶范圍分類 </p><p>　　濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五個類別，而梳形濾波器屬于帶通和帶阻濾波器，因為它有周期性的通帶和阻帶。濾波器種類繁多，下面著重介紹近年來發(fā)展很快的有源濾波器。</p><p>　　1.3 有源濾波器發(fā)展史</p><p>　　從上世紀(jì)二十年代至六十年代，濾波器主要由

17、無源元件R、L、C構(gòu)成，稱為無源濾波器。為了提高無源濾波器的質(zhì)量，要求所用的電感元件具有較高的品質(zhì)因數(shù)QL，但同時又要求有一定的電感量，這就必然增加電感元件的體積，重量與成本。這種矛盾在低頻時尤為突出。為了解決這一矛盾，五十年代有人提出用由電阻、電容與晶體管組成的有源網(wǎng)絡(luò)替代電感元件，由此產(chǎn)生了有源濾波器。有源濾波器的歷史，最早可追溯到1938年Scott的選擇性放大器[1]。1954年Linvill用負(fù)阻抗變換器的轉(zhuǎn)移阻抗綜合[2]實

18、現(xiàn)了第一個有源濾波器。</p><p>　　有源濾波器由下列一些有源元件組成：運(yùn)算放大器、負(fù)電阻、負(fù)電容、負(fù)電感、頻率變阻器( FDNR)、廣義阻抗變換器( GIC)、負(fù)阻抗變換器(NIC)、正阻抗變換器( PIC)、負(fù)阻抗倒置器(NII)、正阻抗倒置器( PII)、四種受控源，另外，還有病態(tài)元件極子和零子。 1965年單片集成運(yùn)算放大器問世后為有源濾波器開辟了廣闊的前景，到70年代初期，有源濾波器發(fā)展最

19、為注目，1978年單片RC有源濾波器問世，為濾波器集成邁進(jìn)了可喜的一步。由于運(yùn)放的增益和相移均為頻率的函數(shù)，這就限制了RC有源濾波器的頻率范圍，一般工作頻率為20KHz左右，經(jīng)過補(bǔ)償后，工作頻率也限制在100KHz以內(nèi)。1974年產(chǎn)生了有源濾波器，使工作頻率可達(dá)GB/4( GB為運(yùn)放增益與帶寬之積)。由于R(電阻)的存在，給集成工藝造成困難，于是又出現(xiàn)了有源C（電容）濾波器：就是說，濾波器由C和運(yùn)放組成。這樣容易集成，更重要是提高了濾波

20、器的精度，因為有源C濾波器的性能只取決于電容之比，與電容絕對值無關(guān)。但它有一個主要問題：由于各支路元件均為電容，所以運(yùn)放沒有直流反饋通道，使穩(wěn)定性成為難題。1982年由Geiger、All</p><p>　　目前的LC濾波器在體積、價格方面和其它部件仍然不相稱。那么，濾波器是否也可以使用集成電路呢？有源RC濾波器就滿足了這一要求。這種濾波器在20多年前就已經(jīng)開始研究，并且發(fā)表了許多文獻(xiàn)。富士通公司也于10年前著

21、手這種濾波器的研制工作，但卻不見成品問世。原因是，有源元件[3-4]和無源元件的穩(wěn)定度、元件數(shù)、體積大小等問題沒有解決，現(xiàn)在使用半導(dǎo)體集成電路和薄膜集成電路，不僅能夠減輕制品的重量和小形化，而且，由于半導(dǎo)體集成電路價格低廉和薄膜集成電路產(chǎn)量提高，這就使成本低、穩(wěn)定性良好的有源RC濾波器有了制成的可能。七十年代以來，由薄膜電容、薄膜電阻和硅集成電路運(yùn)算放大器構(gòu)成的薄膜混合集成電路提供了大量質(zhì)優(yōu)價廉的小型和微型有源RC濾波器。集成電路技術(shù)的

22、出現(xiàn)和迅速發(fā)展給有源濾波器賦予巨大的生命力。集成電路有源濾波器不但從根本上克服了R、L、C無源濾波器在低頻時存在的體積和重量上的嚴(yán)重問題，而且成本低、質(zhì)量可靠及寄生影響小。和無源濾波器相比，它的設(shè)計和調(diào)整過程較簡便，此外還能提供增益。隨著小型通信機(jī)的迅速發(fā)展，在由電子管向晶體管演變的過程中，濾波器在載波機(jī)里所占的比例，無論在體積上、質(zhì)量上，還是在成本上</p><p>　　總之，以RC有源濾波器為原型的各類變種有

23、源濾波器去掉了電感器，體積小，Q值可達(dá)1000，克服了RLC無源濾波器體積大、Q值小的缺點。但它仍有許多課題有待進(jìn)一步研究：理想運(yùn)放與實際特性的偏差；由于有源濾波器混合集成工藝的不斷改進(jìn)，單片集成有待進(jìn)一步研究；應(yīng)用線性變換方法探索最少有源元件的濾波器需要繼續(xù)探索；元件的絕對值容差的存在，影響濾波器精度和性能等問題仍未解決；由于R存在，占芯片面積大、電阻誤差大（20%-30%）、線性度等缺點，大規(guī)模集成仍然有困難。</p>

24、<p>　　1.4 有源RC濾波器的特點及其比較</p><p>　　隨著現(xiàn)代電信設(shè)備向著集成電路和體積小的方向發(fā)展,要求在這樣設(shè)備中采用的濾波器集成電路化和小型化,到目前為止LC濾波器應(yīng)用在很低頻率時體積特別大,特性也比所要求的差,,不能實際應(yīng)用[5]。若用有源RC濾波器來代替的話有許多好處。不過在所有實際設(shè)備中采用也有困難，這是因為有如下原因：</p><p>　　1） 有

25、源元件最早為電子管，然后演變到晶體管，只要使用了分離元件他們在體積和可靠性方面比不上LC濾波器。</p><p>　　2） 它的穩(wěn)定性差且價格高昂。</p><p>　　目前，比較高性能的半導(dǎo)體集成電路運(yùn)算放大器是用廉價可以買到的，而且現(xiàn)在把薄膜集成電路[6]考慮在實用的濾波器中有利于有源RC濾波器向著集成電路方面演變和有利于實際應(yīng)用。實際使用的有源RC濾波器有如下特點：</p>

26、;<p>　　體積系小和重量輕。特別是在低頻范圍，LC濾波器體積大，因而可以完全利用有源RC濾波器的特點。</p><p>　　因為可以混合集成電路，適合于集成電路化裝置。</p><p>　　優(yōu)良的傳輸頻率特性，特別是低頻LC濾波器，由于線卷損耗的影響，使特性顯著變壞，但是有源RC濾波器就不會出現(xiàn)這種影響，所以能得到陡峭的截止頻率[7-8]特性。</p>&l

27、t;p>　　有很好的穩(wěn)定度，當(dāng)無源元件采用了薄膜元件，由于可以充分發(fā)揮薄膜元件的特長，而獲得溫度特性良好，不隨時間推移而發(fā)生變化的濾波器。</p><p>　　能夠得到各種類型的濾波器（包括低通，高通，帶通，帶阻）。</p><p>　　設(shè)計高階有源濾波器的基本方法是基于對LC網(wǎng)絡(luò)模擬的設(shè)計方法。本章主要討論基于對雙端接電阻的LC梯形網(wǎng)絡(luò)模擬的高階有源濾波器的設(shè)計法。這是一種以無源L

28、C梯形網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)來設(shè)計有源RC濾波器和其他有源濾波器的最基本的方法。</p><p>　　我們知道LC梯形低通濾波器電路中含有浮地電感，而浮地電感不能直接用仿真電感替代。如果能通過變換的方法，將電感L變換為其他的無源或有源元件，就可以實現(xiàn)有源RC濾波器。利用RCL-CRD變換法就可以達(dá)到這一目的。本文就是采用這種方法來實現(xiàn)有源RC濾波器的的制作。</p><p><b>　　2

29、工作原理</b></p><p>　　2.1 濾波器的實現(xiàn)原理</p><p>　　從網(wǎng)絡(luò)理論可以知道，固有頻率越靠近jw軸[9]，選擇性越好。所以在RC有源濾波器就是利用有源元件，將RC的固有頻率移在靠近jw軸的s平面左半，以產(chǎn)生所要求的濾波特性，可以說RC有源濾波器就是一種利用反饋結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)濾波器的逼近函數(shù)。</p><p>　　無源梯形網(wǎng)絡(luò)的有源模

30、擬實現(xiàn)可以獲得低靈敏度高指標(biāo)性能的有源RC電路。然而由于需要較多的運(yùn)算放大器[10]；模擬實現(xiàn)需要事先設(shè)計一個無源LC模型；無源網(wǎng)路其傳輸零點在s平面所受的限制等原因，限制了模擬法所能實現(xiàn)的函數(shù)類型。</p><p>　　2.2 基本設(shè)計原理</p><p>　　在無源濾波器中，如果將電路中各元件的阻抗乘以任意常數(shù)K，則不會影響電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)。而且各元件的性質(zhì)不變。同樣，在無源濾波器中，如

31、果將電路中各元件的阻抗都乘以K/S，不影響電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)。但是電路中各元件的性質(zhì)發(fā)生了如下變化</p><p>　　電阻R：乘以K/S以后，變?yōu)镽K/S。即電阻變換成電容；</p><p>　　電感L：乘以K/S以后，變?yōu)镵L。即電感變換成電阻；</p><p>　　電容C：乘以K/S以后，變?yōu)镵/S2C, 其阻抗為-K/W2C, 是一個與頻率有

32、 關(guān)的負(fù)電阻，稱為頻變負(fù)電阻FDNR(Frequency dependent negative resistor). 也就是說，通過這種變換，將電容變換成頻變負(fù)電阻。</p><p>　　2.3 基本設(shè)計思想&l

33、t;/p><p>　　若常數(shù)K=1，則實行RLC-CRD變換即對每一個元件除以S的結(jié)果是：</p><p>　　將一個電阻值為R的電阻變換成了一個電容值為1/R的電容；</p><p>　　將一個電感值為L的電感變換成了一個電阻值為L電阻；</p><p>　　將一個電容值為C的電容變換成了一個大小為1/(S2C)頻變負(fù)電阻。</p>

34、<p>　　若常數(shù)K=1，則變換中各元件的變換關(guān)系如下圖所示。</p><p>　　圖2-1 各元器件的變換關(guān)系</p><p>　　頻變負(fù)電阻一般用字母D表示，所以這種變換稱為RLC-CRD變換。這種利用RLC-CRD變換將無源LC網(wǎng)絡(luò)變換為有源RC網(wǎng)絡(luò)的方法，就稱為RLC-CRD變換。從前面的研究可以看出，這種變換不會改變?yōu)V波器特性。</p><p&

35、gt;　　2.4 通用阻抗變換器</p><p>　　設(shè)計有源RC濾波器的其中一種方法是直接將無源LC梯形LC網(wǎng)絡(luò)中的電感元件用具有感性輸入阻抗的有源RC電路替換。在這種設(shè)計中常用到阻抗變換器。</p><p>　　利用阻抗變換器能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗的變換。通用阻抗變換器的電路如下圖3-1所示。該電路連接的特點是：(1)電路中的有源器件是兩個運(yùn)算放大器；(2)兩個運(yùn)算放大器的反相輸入端連接在一起；

36、(3)第一個運(yùn)算放大器的同相輸入端接輸入信號Vi(s)，第二個運(yùn)算放大器的同相輸入端接負(fù)載Z5；(4)兩個運(yùn)算放大器的輸出電壓分別反饋到另一個運(yùn)算放大器的輸入端；(5)電路中的無源元件是五個串聯(lián)阻抗。(6)我們關(guān)心的就是從輸入端向右邊看進(jìn)去所顯示的阻抗Zi=Vi(s)/Ii(s)的性質(zhì)。</p><p>　　圖2-2 通用阻抗變換器</p><p>　　設(shè)運(yùn)算放大器為理想的。對圖中各節(jié)點

37、列出方程如下：</p><p><b>　　對節(jié)點①③⑤有：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　對節(jié)點①列方程：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p&g

38、t;<b>　　對節(jié)點③列方程：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　對節(jié)點⑤列方程：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　求解這些方程得到該變換器的輸入阻抗為：<

39、;/p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　由上式可以看出，適當(dāng)改變串接在電路中的5個阻抗元件Z1、Z2、Z3、Z4、Z5的性質(zhì)，就可使整個電路顯示的等效阻抗Zi=Vi(s)/Ii(s)的性質(zhì)發(fā)生變化，從而得到不同性質(zhì)的輸入阻抗。該作用稱為阻抗變換作用。該電路稱為通用阻抗變換器。</p><p>　　2.5 運(yùn)算放大器的工作

40、原理</p><p>　　圖2-3 運(yùn)算放大器的符號及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　運(yùn)放如圖3-2有兩個輸入端eim（反相輸入端）,eip(同相輸入端)和一個輸出端eo。也分別被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端.當(dāng)電壓U-加在eim端和公共端(公共端是電壓為零的點,它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點.)之間,且其實際方向從eim 端高于公共端時,輸出電壓U實際方向則自公共端指向eo端,即兩者的方向

41、正好相反.當(dāng)輸入電壓U+加在eip端和公共端之間,U與U+兩者的實際方向相對公共端恰好相同.為了區(qū)別起見,eim端和eip 端分別用"-"和"+"號標(biāo)出, 但不要將它們誤認(rèn)為電壓參考方向的正負(fù)極性。</p><p>　　運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電

42、源與地之間的某一范圍變化。</p><p>　　運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。</p><p>　　運(yùn)算放大器的輸出信號與兩個輸入端的信號電壓差成正比，在音頻段有：輸出電壓=A0（E1

43、-E2），其中，A0 是運(yùn)放的低頻開環(huán)增益（如100db，即 100000 倍），E1 是同相端的輸入信號電壓，E2 是反相端的輸入信號電壓。</p><p>　　2.6 頻變負(fù)電阻的實現(xiàn)</p><p>　　在上述的通用阻抗變換器電路中，設(shè)Z1,Z5為電容，Z2,Z3,Z4為電阻，則電路的輸入阻抗為：</p><p><b>　　（2-6）</b&

44、gt;</p><p>　　其中，D=C1C5R2R4/R3。在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，s=jw上式表示為： （2-7）</p><p>　　可見，該電路實現(xiàn)了頻變負(fù)電阻。其電路和電路符號如下圖所示。</p><p>　　圖2-4 頻變負(fù)電阻的實現(xiàn)電路 圖2-5 電路符號</

45、p><p>　　上圖通過RLC-CRD變換實現(xiàn)的是接地頻變負(fù)電阻.因此,這種方法最適合于低通電路的有源RC實現(xiàn)(因為低通電路的電容都是接地的)。</p><p><b>　　3 電路仿真與調(diào)試</b></p><p>　　3.1 OrCAD的發(fā)展</p><p>　　隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)

46、品不斷地更新?lián)Q代，電子電路計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD[11]，Computer Aided Design）技術(shù)，以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電子設(shè)計自動化（EDA,Electronic Design Automation）已成為電子領(lǐng)域的重要學(xué)科，并逐漸成為一個新型的產(chǎn)業(yè)。電子設(shè)計自動化（EDA）軟件版本更新速度在加快，如PSpice于1983年7月推出PSpice1.01版本，至2004年11月又推出了PSpice10.3版本，平均沒兩年做一

47、次較大的更新。期間原生廠家MicroSim公司合并到PSpice10.3版本，隨后OrCAD公司又被Cadence公司收購，并推出Cadence公司家族系列產(chǎn)品OrCAD，2005年7月推出最新的OrCAD10.5版本。</p><p>　　3.2 OrCAD的介紹</p><p>　　OrCAD分為大大部分：即內(nèi)置元器件信息系統(tǒng)的原理圖的輸入器（Capture CIS）模擬和混合新號仿真

48、（Pspice）和印制電路板設(shè)計（Layout Plus）。</p><p>　　OrCAD Cputure CIS(Component Information System)是內(nèi)置的元器件高級文檔管理系統(tǒng)，不僅提供Capture的完整功能，還提供了一個完美的元器件數(shù)據(jù)庫管理接口，它可以通過Microsoft Windows的ODBS接口去連接不同的數(shù)據(jù)庫，整合元器件數(shù)據(jù)庫的所有信息。使用這個功能可以全面的設(shè)計輸

49、入工具和管理環(huán)境，可以減少查找和手工和輸入元器件資料的時間及認(rèn)為的錯誤。OrCAD Capture CIS的機(jī)構(gòu)圖如下3-1</p><p>　　圖3-1 OrCAD Capture CIS的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　（1）Capture為Cadence studio系統(tǒng)的總體輸入器。利用Capture來連接OrCAD Layout、Allegor PCB Layout或其他Layout

50、的軟件，來完成PCB設(shè)計；也整合了PSpice與VHDL（NC Verilog）的環(huán)境-提供給用戶做模擬與數(shù)字（FPGA Design Flow）的前端設(shè)計平臺。另外也可以配合SpecctraQuest來解決高頻問題。</p><p>　?。?）可以建立完整的組建數(shù)據(jù)，減少以后出錯的風(fēng)險，提供多種的PLD設(shè)計組建與方式。</p><p>　?。?）導(dǎo)出30多種平板和分層格式，可用于電路圖，

51、Pspice、PCB和可編程器件設(shè)計。</p><p>　?。?）可以直接從國際物聯(lián)網(wǎng)搜索和選擇元器件。</p><p>　?。?）更自動的輸入組建所需要的數(shù)據(jù)，讓電路圖產(chǎn)生更多有效的數(shù)據(jù)， 更容易、快速的獲得組建數(shù)據(jù)，生成具有報價水平的元器件清單Netlist、接口等40多種文件，支持所有的公用程序。</p><p>

52、　　Pspice仿真器是一個全功能的模擬與混合信號仿真工具，它支持從高頻系統(tǒng)到低功耗IC設(shè)計的電路設(shè)計。其包括模擬和混合仿真（Pspice A/D）和其高級分析（Pspice -AA）,結(jié)構(gòu)圖如下3-2：</p><p>　　圖3-2 含PSpice A/D和PSpice-AA的OrCAD的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）可以從1600個Pspice A/D模型庫元器件中或者從OrCAD

53、 Capture CIS互聯(lián)網(wǎng)上巨大的元器件庫中的一百萬個標(biāo)準(zhǔn)元器件中，選擇理想元器件建立通常的原理圖。</p><p>　?。?）可以很方便地將Pspice A/D原理圖編輯器導(dǎo)入到OrCAD Capture-Pspice A/D設(shè)計、分析環(huán)境中。</p><p>　?。?）可以創(chuàng)建各種激勵信號，包括模擬激勵和數(shù)字激勵。</p><p>　?。?）可以進(jìn)行各種電路

54、仿真，如直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、參數(shù)分析、容差分析、溫度分析等，其精準(zhǔn)度主要依賴于元器件模型精度的選擇。</p><p>　　Layout Plus適用于設(shè)計復(fù)雜、高密度、混合間距、多層電路板；設(shè)計具有大規(guī)模容量的電路板；具有高產(chǎn)量的工程部門。OrCAD的結(jié)構(gòu)圖如下3-3：</p><p>　　圖3-3 OrCAD Layout的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?/p>

55、1）用Capture CIS自動獲取元器件數(shù)據(jù)，當(dāng)Capture變更其電路設(shè)計，Layout可以透過AutoECO功能達(dá)到與Capture一起變更的目的，OrCAD Capture/Layout提供了更強(qiáng)大的整合功能。</p><p>　?。?）可以更容易地試用組件編輯器來制作出不同的組件符號，利用區(qū)塊編輯的方法提供快速且容易評估的走線設(shè)計。</p><p>　　（3）新增的組件向?qū)Э梢愿?/p>

56、方便的建立、識別組件文件，包括IPC、Drill、Mill、HPGL、DXF等格式文件均可查看、編輯、修改。</p><p>　　（4）與其他Cadence工具有接口，為實現(xiàn)告訴的數(shù)字設(shè)計，可通過Layout內(nèi)含的Cadence SPECCTR自動布線器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到Cadence，完成FPGA、SPLD等設(shè)計和制造。</p><p>　　3.3 利用RLC-CRD變換法設(shè)計有源RC濾波器 &

57、lt;/p><p>　　首先需要對圖3-4所示的歸一化[12]低通濾波器進(jìn)行RLC-CRD變換。通過變換，將原來的RLC低通濾波電路變換成為不含電感的歸一化CRD低通濾波器。變換以后的電路如下圖3-5所示。</p><p>　　根據(jù)RLC-CRD變化法的基本原理，變換的結(jié)果為：圖3-4中電阻值為1Ω的電阻Rs和RL變換成了圖3-5中電容值為1F的電容Cs和CL；</p><

58、p>　　圖3-4中電感值分別為1.340H、0.143H、1.923H、0.401H和1.139H的電感l(wèi)1、l2、l3、l4和l5變換成了圖3-5中電阻值分別為1.340Ω、0.134Ω、1.923Ω、0.401Ω和1.139Ω的電阻R1、R2、R3、R4和R5；</p><p>　　圖3-4 五階低通濾波器</p><p>　　圖3-5 變換后的五階低通濾波器

59、 </p><p>　　由于在實際的電路中元件值常常是很分散的，例如，實際的電容元件值的范圍大約在0-10-12F之間，電阻元件值的范圍大約在0-107歐之間，電感元件值的范圍大約在10-10-6H之間。同時，由于各種電路的應(yīng)用場合不一樣，實際所設(shè)計的電路工作頻率也可能是在0-109HZ之間。因此很難對如此眾多電路的性能進(jìn)行統(tǒng)一的比較并采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行設(shè)計。而網(wǎng)絡(luò)歸一化處理可以

60、對各種網(wǎng)絡(luò)的特性進(jìn)行同意的比較，同時也才有可能制定出可供設(shè)計試用的同意的圖標(biāo)，以簡化設(shè)計。對網(wǎng)絡(luò)歸一化處理主要包括頻率歸一化和阻抗歸一化。</p><p>　　所謂頻率歸一化，就是在設(shè)計濾波器時，首先將濾波器的截至頻率（高通或低通濾波器）或中心頻率（帶通或帶阻濾波器）設(shè)計為1，并以此為條件完成對濾波器的設(shè)計。為了使所設(shè)計的濾波器的頻率滿足實際所要求的頻率W，還需要對所設(shè)計的濾波器再進(jìn)行頻率去歸一化。所以現(xiàn)在設(shè)計出

61、的電路一般都是已經(jīng)進(jìn)行了歸一化處理，而實際電路的工作頻率往往不會是1而是實際頻率W、電路的電阻不是1歐而是R0歐,這時候需要對設(shè)計好的歸一化電路進(jìn)行去歸一化處理，并用RLC-CRD變化法將頻變負(fù)電阻的實現(xiàn)電路替換掉電路符號得到如下電路原理圖3-6：</p><p>　　圖3-6 利用RLC-CRD變換實現(xiàn)的五階低通濾波電路</p><p>　　仿真調(diào)試的到如下結(jié)果：</p>

62、<p><b>　　頻率未去歸一化是：</b></p><p>　　圖3-7 低通濾波電路歸一化仿真圖</p><p><b>　　頻率去歸一化后得到</b></p><p>　　圖3-8 低通濾波電路去歸一化仿真圖</p><p>　　這里的頻率去歸一化處理我是將電路中的頻率增大106倍

63、，即將電路的截至頻率由原來的1改變?yōu)閃C,則電路中的電阻不變，電感和電容都要減小WC倍，其實就是將原濾波器函數(shù)中的S用S/WC代替，處理后網(wǎng)絡(luò)中電阻R、電感L和電容C分別為R,L/WC,C/WC。由下圖得知通頻帶為0-54.5KHZ。</p><p>　　圖3-9 去歸一化的仿真圖</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>

64、　　RCL-CRD變換法實現(xiàn)有源濾波器的設(shè)計已經(jīng)全部完成，用有源電路替代無源電路的一個主要目的是實現(xiàn)電路的微型化和集成化，因為電感元件是實現(xiàn)電路集成化的一個主要障礙，它的體積比較大，而且非線性比較嚴(yán)重。因此，用有源RC電路替換電感具有非常重要的意義，而且用這種方法設(shè)計有源RC電路的原理非常簡單，設(shè)計過程非常直觀，并用仿真軟件OrCAD仿真與調(diào)試來調(diào)整各個參數(shù)的設(shè)置達(dá)到合理性與可行性。在整個調(diào)試中需要注意的是在給出的電路圖中都是經(jīng)過歸一化

65、的電路，即頻率或者電阻都?xì)w化為1，但是在實際電路中又往往不會是1，所以我們要進(jìn)行去歸一化，這一步至關(guān)重要，要不然就會出現(xiàn)仿真結(jié)果是真或者不能明顯的表示出該電路的特性。還有一點就是在仿真前你要學(xué)會如何安裝OrCAD這個軟件，并使用它，其中就包括電路的設(shè)計以及仿真和最后的電路板的印制工作。這段時間里在老師的指導(dǎo)下我也了解并知道如何輸入電路圖以及仿真與調(diào)試的工作了，成功的完成了由理論到可以說是實際的一個過程，當(dāng)中獲益匪淺，在這里真的非常感謝我

66、的導(dǎo)師。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] H.H.Scott:PIRE,Vol.26,pp.226-235,Feb,1938.</p><p>　　[2] J.G.Linvill:PIRE,Vol.42,pp.555-564,Mar,1954.</p><p>　　[3] 陳惠開

67、著. 無源與有源濾波器理論與應(yīng)用[M]。 徐守義，等譯. 北京：人民郵電出版社，1989.</p><p>　　[4] 陳軍，夏漢初，龔晶.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（模擬電路部分）［M］.南京：解放軍理工大學(xué)理學(xué)院，2007.</p><p>　　[5] 鄭步生，吳渭.Multisim 2001 電路設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p&g

68、t;　　[6] 邱關(guān)源.現(xiàn)代電路理論[M]，北京:高等教育出版社，2001.</p><p>　　[7] 李遠(yuǎn)文,胡筠.有源濾波器設(shè)計[M],人民郵電出版社,2006.</p><p>　　[8] M.S高西，K.R.萊克?，F(xiàn)代濾波器設(shè)計-有源RC和開關(guān)電容[M]. 劉根泉，譯. 北京:北京科學(xué)出版社，1989.</p><p>　　[9] 石云霞，張志偉，范秋華

69、.Matlab在濾波器設(shè)計中的應(yīng)用[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報，2004，25（2）：93-95.</p><p>　　[10] 王好德，史琳，趙文浩.高性能COMOS運(yùn)算放大器的設(shè)計[J].微電子學(xué)，2011,1,8(2):5-8.</p><p>　　[11] 王輔春.電子電路CAD與OrCAD教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[