开发信号路径中没有电容的高通滤波器(下)

关键字： 高通滤波器设计  低通滤波器  带通滤波器 

我们常常需要使用高通滤波器(HPF)，但是，电容器可能对它的性能产生负面影响，因此，我们要学会如何避免这些负面影响。

在本文第一部分中(见本刊7月B期)，我们了解了如何利用旧有的著名伺服反馈技术来消除直流耦合增益模块当中的直流偏置电压，而不必在正向信号路径中放置任何元器件，特别是电容。我们开发了一种跟这种技术等效的二阶滤波器，并展示了它是如何与反相以及同相增益级配合起来工作的。

在第二部分，我们将回顾实际的应用案例，探讨改进基本架构的方法，并把它的应用推广至生成更为复杂的高通滤波器函数。

伺服反馈和麦克风电路

图1所示为采用驻极体(电容器)麦克风的电路图。我们把麦克风当作理想的电流源来建模，以便达到实验演示的目的。驻极体麦克风必须用电阻上拉至一个直流电压，因此，它存在一个由直流电压、上拉电阻以及麦克风电流范围所确定的固有偏置。通常这样的麦克风紧接一个交流耦合电容。

如果我们要把来自麦克风的信号施加在模数转换器(ADC)上，那么就必须消除麦克风上的偏置电压。大多数的常用ADC均是单极型的、并且需要在任何双极型信号上增加一个特定的直流偏置电压。

该电路可提供设计者所希望的高通函数，消除麦克风的直流偏置，并叠加在ADC所需要的直流偏置之上。正相运算放大器的高输入阻抗防止电路拉低麦克风的负载。

图1：消除来自驻极体麦克风的固有偏置。

对这个电路运行瞬态仿真，如图2所示，(左侧)Vin具有4V的偏置电压，而Vout的偏置电压以1.25V为中心浮动。图2(右侧)所示的交流分析中显示了二阶高通滤波器的函数。

图2：驻极体麦克风电路的瞬态和频率响应。

上面画出的电路提供6dB的增益(两倍的增益)。让我们假设该应用需要10倍的增益。我们能够按照我们的需要完全改变增益级，然后，重新计算反馈电路的元件值，以保持极点位置不变。图3所示为针对该增益修改后的电路。图4所示为瞬态和交流分析。

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