作者： Art Pini

如果在測(cè)試時(shí)需要純正的弦波，但只能使用諧波水平較高的任意函數(shù)發(fā)生器，該如何處理？如果您正在對(duì)兩臺(tái)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)進(jìn)行混頻，且須在混頻器輸出端選擇上邊帶成分。如何做到這一點(diǎn)呢？解決方案是使用內(nèi)置射頻濾波器，例如帶有 SMA 連接器的 [Crystek Corporation][CLPFL-0200]（圖 1，左）和帶有 BNC ·連接器的 [CLPFL-0021-BNC]（圖 1，右）。

圖 1：內(nèi)置同軸濾波器，例如帶有 SMA 連接器的 CLPFL-0200（左）或帶有 BNC 連接器的 CLPFL-0021（右），可以降低信號(hào)源上的信號(hào)諧波和噪聲。（圖片來(lái)源：Crystek Corporation）

通過(guò)選擇性地衰減不需要的頻率并傳遞所需的頻率成分，射頻濾波器可以凈化信號(hào)。內(nèi)置濾波器適用于同軸線路，其標(biāo)稱阻抗為 50 歐姆 (Ω)。這種濾波器通過(guò)減少信號(hào)帶寬來(lái)降低噪聲，還可控制信號(hào)頻譜，以減少諧波、圖像和干擾信號(hào)。

濾波器的類型

內(nèi)置濾波器有多重配置類型，包括低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器（圖 2）。

圖 2：所示為低通、高通和帶通濾波器的頻率響應(yīng)情況。（圖片來(lái)源：Art Pini）

低通濾波器可讓低于固定截止頻率的頻率通過(guò)，并消除截止頻率略高于基頻的信號(hào)諧波。高通濾波器可讓高于固定截止頻率的頻率通過(guò)，并消除截止頻率高于電力線頻率的干擾信號(hào)。 帶通濾波器可通過(guò)所需頻帶內(nèi)的頻率來(lái)衰減不需要的信號(hào)，并用作射頻前端的預(yù)選濾波器。信號(hào)傳輸損耗較小的區(qū)域稱為通帶，信號(hào)衰減較大的區(qū)域稱為阻帶。通帶和阻帶之間的區(qū)域是過(guò)渡區(qū)域（過(guò)渡帶）。

選擇正確的濾波器

濾波器是針對(duì)特定的頻率響應(yīng)特性而設(shè)計(jì)的，具體包括從通帶到阻帶的過(guò)渡銳度，通帶和阻帶的平坦度，以及作為頻率函數(shù)的相位響應(yīng)。圖 3 所示為幾種經(jīng)典設(shè)計(jì)。

圖 3：多種經(jīng)典濾波器的頻率響應(yīng)說(shuō)明了滾降和平坦度特性的差異。（圖片來(lái)源：Art Pini）

巴特沃斯 (Butterworth) 濾波器具有平坦的通帶響應(yīng)和適中的滾降率。貝塞爾 (Bessel ) 濾波器具有最線性的相位響應(yīng)特性，但滾降最慢；通常用于必須以最小失真?zhèn)鬏攷廾}沖波形的情況。切比雪夫 (Chebyshev) 濾波器具有快速滾降特性，但通帶中有波紋。逆切比雪夫?yàn)V波器具有平坦的通帶響應(yīng)和快速滾降特性，但在阻帶中會(huì)有波紋。巴特沃斯濾波器和切比雪夫?yàn)V波器是兩種使用最廣泛的在內(nèi)置波器。

任何類型濾波器的滾降特性都會(huì)受到其階數(shù)的影響。階數(shù)源自濾波器的傳遞函數(shù)，表示設(shè)計(jì)中的極點(diǎn)數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，濾波器階數(shù)越高，滾降速度越快（圖 4）。

圖 4：圖中所示為 5 階至 9 階濾波器的巴特沃斯低通濾波器響應(yīng)特性的比較。濾波器階數(shù)越高，過(guò)渡區(qū)域的滾降速度越快。（圖片來(lái)源：Art Pini）

Crystek 的 CLPFL-0200 是一款 7^^ 階巴特沃斯低通濾波器，通帶為 DC 至 200 兆赫 (MHz)，在 210 MHz 頻率下的插入損耗為 2.2 分貝 (dB)。在 8 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 上進(jìn)行有效位數(shù) (ENOB) 測(cè)量時(shí)，可以使用這種濾波器清理信號(hào)發(fā)生器的輸出（圖 5）。

圖 5：所示為使用 200 MHz 低通濾波器消除信號(hào)發(fā)生器中的諧波和噪聲的結(jié)果。濾波后的信號(hào)（下方軌跡）顯著降低了噪聲和諧波水平。（圖片來(lái)源：Art Pini）

上方的軌跡顯示信號(hào)發(fā)生器的輸出頻譜，其二次諧波僅比基波低 22 dB。使用濾波器（下方軌跡）后，二次諧波下降超過(guò) 70 dB，而其他諧波則低于本底噪聲。還需注意，濾波器截止頻率以上的本底噪聲降低了 40 dB 以上。

高通濾波器消除頻率低于所需信號(hào)的干擾信號(hào)（圖 6）。

圖 6：所示為高通濾波器，用于從所需的 30 MHz 信號(hào)中消除 13 MHz 干擾信號(hào)（上圖）。濾波后的信號(hào)如下方軌跡所示。（圖片來(lái)源：Art Pini）

在圖 6 中，高通濾波器衰減了 13 MHz 的干擾信號(hào)并傳遞 30 MHz 的目標(biāo)信號(hào)。在時(shí)域視圖（左上）中可以看到干擾信號(hào)造成的影響，即信號(hào)峰值的幅度變化。濾波后的信號(hào)（左下）具有平坦的峰值幅度。

諸如 Crystek 的 [CHPFL-0025-BNC]的濾波器（帶有 BNC 連接器的 7^^ 階 25 MHz 切比雪夫高通濾波器）可以衰減干擾信號(hào)。

Crystek 濾波器可提供高達(dá) 9^^ 階的配置。例如，上文提到的 CLPFL-0021-BNC 是一個(gè) 21 MHz 切比雪夫響應(yīng)、9^^ 階低通濾波器，其過(guò)渡區(qū)域滾降速率約為每倍頻 55 dB。

帶通濾波器通常需要比低通或高通濾波器更多的組件，這會(huì)占用更多空間并增加 BOM。Crystek 使用表面聲波 (SAW) 技術(shù)解決了這個(gè)問(wèn)題，使其帶通濾波器能夠與低通或高通濾波器封裝在同一個(gè)封裝中。例如，Crystek [CBPFS-0915]就是一種 SAW 帶通濾波器，具有 SMA 連接器和以 915 MHz 為中心頻率的 26 MHz 帶寬。

結(jié)語(yǔ)

內(nèi)置射頻濾波器通過(guò)消除信號(hào)源的諧波、噪聲和干擾來(lái)提高測(cè)試性能。Crystek 等公司提供各種各樣的內(nèi)置濾波器，以滿足您的信號(hào)調(diào)節(jié)需求。

審核編輯 黃宇