ฟิลเตอร์ low-pass ที่ใช้งานได้ดีกับความถี่อะไร?

ภาคผนวก E ของArt of Electronics, รุ่นที่ 3 (ตัวกรอง LC Butterworth) เริ่มต้นด้วยการพูดว่า " ฟิลเตอร์ที่ใช้งานมีความสะดวกในความถี่ต่ำ แต่ใช้ไม่ได้กับความถี่ที่สูงขึ้น " พวกเขาไปและพูดว่า " ที่ความถี่ 100kHz ขึ้นไปวิธีที่ดีที่สุดคือตัวกรอง LC แบบพาสซีฟ " (ถอดความทั้งสองกรณี)

คำถามแรกของฉัน: จริงเหรอ? 100kHz มีเพียงสูงเกินไปที่จะใช้งานตัวกรองที่ใช้งานได้จริงหรือไม่

ฉันเข้าใจว่า op-amps ที่มีแบนด์วิดท์สูงและอัตรา slew สูงอาจมีราคาแพงทำให้เป็น "ไม่ได้ผล" ในกรณีทั่วไป --- อย่างไรก็ตามตัวกรอง LC แบบ low-pass ด้วยพูด 1MHz cutoff T topology ที่มี1kΩ โหลดต้องมีตัวเหนี่ยวนำตามลำดับ hundredsH --- ถ้าฉันต้องการหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยว (ความอิ่มตัวของแกนแม่เหล็กและฮิสเทรีซิส) การเหนี่ยวนำของแกนอากาศในช่วงนั้นทำให้สิ่งต่าง ๆ ค่อนข้างทำไม่ได้

คำถามที่ 2 น่าจะเป็น: ความถี่ตัดของพูดน้อยกว่า 10MHz สูงเกินไปสำหรับตัวกรองความถี่ต่ำลำดับที่ 2 ของ Sallen-Key หรือไม่

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

วิเคราะห์จากมุมมองของเคสที่เหมาะสม (สมมติว่า op-amp อยู่ภายในการทำงานเชิงเส้นเสมอ) ทั้งสามขาของ op-amp จะต้องอยู่ภายใต้สัญญาณเอาต์พุตที่ผ่านต่ำ --- ที่ความถี่คัทออฟ <10MHz ที่ไม่แน่นอน ปัญหา (ไม่แบนด์วิดท์หรืออัตราการฆ่า) อินพุตความจุไม่ควรเป็นปัญหาใหญ่ --- โดย R ในลำดับ 1k ตัวเก็บประจุจะเรียงตามลำดับของ pF ไม่กี่สิบถึงไม่กี่ร้อย pF --- สูงพอที่จะทำให้อินพุตของ op-amp ความจุเล็กน้อย

มีปัญหาในทางปฏิบัติอื่น ๆ ที่ฉันมองเห็นหรือไม่? ฉันเป็นจริงหรือไม่ถ้าฉันต้องการตัวกรองที่มีการใช้งานที่มีการตัดออกตามลำดับ MHz ไม่กี่เครื่อง? (การกำหนดราคาไม่ใช่ปัญหา --- ถ้าฉันต้องการ op-amp ในช่วง $ 10 หรือ $ 20 นั่นก็โอเค)

ฉันเชื่อว่าการวิเคราะห์ของคุณดี ฉันได้ทำ sallen-key ลำดับที่ 4 ตัวกรองที่ตัดรอบ 3 MHz โดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับประสิทธิภาพ ฉันไม่เห็นว่า 10 MHz นั้นไม่สามารถทำได้

มันคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับตัวเลือก op-amp สำหรับขั้นตอนการได้รับเอกภาพมันเป็นเรื่องง่ายที่จะตรวจสอบว่าได้รับเริ่มลดลงด้านล่าง (พูด) 0.99 และถือว่าเป็นความถี่ จำกัด ในทางตรงกันข้ามความต้านทานเอาต์พุตของ op-amp มักจะแย่ลงเมื่อมันเข้าสู่ภูมิภาค MHz ดังนั้นคุณต้องแน่ใจว่ามันสามารถส่งกระแสสูงสุดได้โดยไม่ต้องตัดหรือทำเลอะเทอะเกินไป

คุณต้องพิจารณาข้อ จำกัด อัตราการฆ่า แต่เท่าที่ฉันทราบนั่นเป็นเรื่องเกี่ยวกับมัน

เป็นไปได้มากทีเดียว The Art of Electronics, 3rd Editionไม่ได้ทำการอัปเดตใด ๆ ในส่วนนั้นตั้งแต่เปิดตัวครั้งแรกในปี 1980

คำถามแรกของฉัน: จริงเหรอ? 100kHz มีเพียงสูงเกินไปที่จะใช้งานตัวกรองที่ใช้งานได้จริงหรือไม่

ไม่ 100kHz ไม่มีอะไร แต่ทั้งหมดขึ้นอยู่กับ opamp ในบางจุดผลิตภัณฑ์ Gain Bandwidth จะทำให้เกิดปัญหา หากคุณมีแอมป์สหกรณ์ที่มี 1MHz หรือ 10MHz GBWP (ซึ่งอาจเป็นเรื่องปกติในช่วงเวลาของ AofE รุ่นแรกบางทีพวกเขาไม่ได้อัปเดตมันเป็นความคิดของฉันดังนั้นฉันจึงเปรียบเทียบรุ่น) แล้ว 100kHz ไม่ ฟังดูไม่สมเหตุสมผลเกินไปเพราะคุณจะได้รับการกรองเพียงหนึ่งหรือสองขนาดจากนั้นแบนด์วิดท์ต่ำกว่าความเป็นเอกภาพ จากนั้นตัวกรอง lowpass ของคุณจะดูเหมือน bandpass มากกว่า

มีปัญหาในทางปฏิบัติอื่น ๆ ที่ฉันมองเห็นหรือไม่? ฉันเป็นจริงหรือไม่ถ้าฉันต้องการตัวกรองที่มีการใช้งานที่มีการตัดออกตามลำดับ MHz ไม่กี่เครื่อง? (การกำหนดราคาไม่ใช่ปัญหา --- ถ้าฉันต้องการ op-amp ในช่วง $ 10 หรือ $ 20 นั่นก็ใช้ได้)

หากคุณต้องการกรองที่ผ่านมา 50MHz จริงๆแล้วนักปรสิตจำเป็นต้องสร้างแบบจำลองเป็น ESR และ ESL ในตัวเก็บประจุจะเริ่มส่งผลกระทบต่อขั้วกรองและสร้างเสากรองของตัวเองที่ความถี่สูง ใช้แพคเกจเครื่องเทศถ้าเป็นไปได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่า GBWP สูงพอวันนี้ก็ไม่ยากที่จะรับแอมป์ที่ทำงานในช่วง + 100MHz

ปัญหาหลักของ Sallen Key topology ที่ความถี่สูงคือความต้านทานเอาต์พุตของ op-amps เพิ่มขึ้นดังนั้นจึงไม่สามารถควบคุม feedforward ของสัญญาณอินพุตผ่านตัวเก็บประจุ 2C ได้

TI มีหมายเหตุการออกแบบแอป 10MHz มันขึ้นอยู่กับแอมป์ Op ของพวกเขาต้นทุนต่ำ 270 MHz -3dB THS4001

Op Amps มีความต้านทานเอาต์พุตลูปเปิดสูงกว่าเครื่องกำเนิดสัญญาณ 50 your ของคุณมาก ทำให้มีเสถียรภาพด้วยการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร GBW ที่สูงกว่าจะใช้เพื่อลด Zout = Zoc / GBW Breadboard ESL (0.5nH / mm) และความจุจรจัดจะต้องลดลง

ด้วย 150 MHz GBW คุณสามารถใช้ 1k R ​​กับ 5 pf, 10pF

ฉันไม่ได้อ่านการออกแบบของพวกเขา

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/sloa032/sloa032.pdf

ในการออกแบบตัวกรองใด ๆ คุณควรพิจารณาข้อกำหนดเหล่านี้อันดับที่ 1;

Source impedance \$Z_S(f)\$   
Load Impedance \$Z_L(f)\$   
Gain   -3 dB passband \$f_p\$    
Loss   @ \$f_s\$stop band edge   e.g. \$  ~-dB~ @ ~2*f_p, 10*f_p\$    
 ..  or order of filter    
% load regulation error = % Output/Load impedance ratio ( for low % )    
Phase shift in passband, group delay  
Noise, supply power  
Output swing and slew rate limit