基于EDA和MATLAB的滤波器设计及优化研究

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传统的电路设计从方案的提出,验证和修改都是由人工完成的,设计方案的验证和修改一般都是采用搭试验电路的方式进行,这种方法花费高,效率低。从20世纪70年代开始,随着电路设计要求的提高以及计算机技术的广泛应用,传统设计方法已经远远不能满足要求,电子线路的设计也发生了根本性的变革,随着EDA(ElectronicDesignAutomation)技术的飞速发展,出现了许多以EDA技术为内核的电子系统仿真软件,在这些仿真软件的基础上进行电路分析与设计,大大减轻了建立电路模型的工作量和对复杂运算的处理,不但能实现以EDA技术为基础的通用电路分析和设计,而且还能够实现电路性能和可靠性的并行分析与设计。 在众多的EDA软件中,OrCAD公司的PSpice软件提供了基于Windows平台的集成设计环境,方便了用户的使用,由于它提供了很多生产厂家的元器件模型,在此基础上进行电路分析和设计研究更具有实际意义。这样做缩短了研发周期,降低了研究成本及风险,实现了真正意义上的电子设计自动化。本文主要是以模拟滤波器电路为研究和设计对象,所有的设计和仿真实现都是在EDA工具协同MATLAB下完成的。 滤波器是一种能从含有很宽频率成分的信号中选出所需要的成分,并将不需要的成分衰减掉的电路,可利用它来分开或组合不同的频率,如在放大器,混频器以及多路通信电路中等,滤波器既可以用来限定大功率发射机在规定频带内辐射,反过来又可以用来防止接收机受到工作频带以外的噪声干扰。总之,从超长波经微波到光波以上的所有电磁波段,都需要滤波器,高性能滤波器的设计是当今一个活跃的研究课题。随着科技的发展,小型化,集成化电路是当今工程应用的主流,而传统的无源滤波器在这方面有很大的局限性,基于运放的有源滤波电路却在这些方面有很大的优势,因此使用EDA软件技术来实现有源滤波器的设计及研究具有一定的理论及现实意义。 本文系统的阐述了各种模拟滤波器(低通,高通,带通,带阻)的(综合)设计理论,包括从滤波器设计指标的提出到一个具体电路实现的全过程。利用EDA工具对设计方案进行了验证和优化,给出了实例验证仿真结果和优化过程。在EDA中利用容差分析实现了传统方法的电路样机试制和小批量投产过程,从而不但能设计元器件的容差及电路的性能,而且可以由统计直方图分析结果预计产品的生产合格率。最后提出了不同于传统模拟滤波器设计的方法,即不通过手工计算或查表而通过MATLAB程序实现模拟滤波器传递函数二阶级联形式,并在MATLAB环境下对实现的模拟滤波器进行了幅频特性的仿真验证,之后通过双线性变换将模拟滤波器数字化得到数字域的滤波器形式和幅频仿真结果。
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