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1、一种基于电位器或DAC实现的可变频高斜率滤波器教程模拟可变频滤波器要求使用可变无源器件。滤波器斜率越大，所需的可变无源器件就越多。这些元件很多时候是电位器。例如具有18dB/8倍频斜率的低通巴特沃斯滤波器需要使用一个三组电位器。如果我们同时需要重新调谐低通和高通滤波器，那么必要的电位器电阻抽头数量将翻倍。当我们需要同时重新调谐多个相同的滤波器时也是这样。这些多组电位器非常昂贵，而且很难找到。另外一个问题是它们的群误差，在实际使用中大约有3dB的误差。这些电位器的体积通常也很大。另外，电位器磨损会产生杂音（zipper）噪声。实现这些滤波器的另外一种方法是使用有源元件代替可变无源元件。最合适的元
2、件是压控放大器-VCA。VCA电路的变量是增益，它会根据外部控制电压发生变化。VCA单元最常见的是被设计成电流入/电流出器件，并且在电压敏感控制端口呈指数响应。VCA单元的增益是：输入电压Vin通过电阻R转换成输入电流Iin.VC是调制增益的控制电压。VCA控制增益的过程是：将输入电流信号转换成双极性对数电压，再与直流控制电压VC相加，然后将加起来的和电压通过反对数电路重新转换回电流。VCA输出电流Iout通过基于运放的I-V转换成电压Vout，如图1所示，其中的转换比取决于输出和反相输入之间连接的反馈电阻。经过VCA和输出运放的信号路径是同相的，因为VCA是反相的。如果VC引脚接到地，那么输
3、出电流将等于输入电流。如果用分贝刻度（图2），控制电压和增益之间的关系就是线性的：每家VCA制造商提供的响应刻度是不一样的。例如，SSM2164是-33mV/dB，SSM2018是-30mV/dB，THAT2180是6，1mV/dB。让我们从一阶低通滤波器例子开始吧：该滤波器的截止频率是：这种滤波器的截止频率很多时候是因为调整了电阻RS而改变的。如果前面的电路中使用压控放大器，滤波器原理图将变成如下所示：这是典型的一阶低通滤波器，但截止频率取决于VCA增益。如果增益是1，VCA的行为如同短路一样，截止频率仅取决于Rs和Cs值。如果增益大于1，VCA相当于一个负电阻（截止频率提高）。如果增益小于
4、1，VCA相当于一个电阻（截止频率下降）。在使用VCA后，滤波器的截止频率等于：，其中G代表VCA增益。如果我们想用VCA同时控制低通和高通滤波器，最好是使用状态变量滤波器（图6）。状态变量滤波器由积分器（OA2）与和/差放大器（OA1）组成。来自所有级电路的信号都用于反馈。这些滤波器具有较低的元件值敏感性，设计很简单。当VC为0时，截止频率由电路RSCS对决定。当VC增加时，截止频率随取决于VCA增益常数的斜率而下降。如果单位为dB的VCA增益是非零值，那么转移的角频率fC2是：针对已知的增益控制常数GC，转移频率是：其中VC代表VCA控制电压。举例来说，如果VCA具有-50mV/dB的增益
5、控制常数，VC等于1V，那么截止频率将是RSCS对的截止频率的1/10。下面这个公式表达了将截止频率从fC变更为目标值fC2所需的控制电压，其中fC由RS和CS确定。从上面的公式可以看出，VC以指数响应特性控制截止频率。对于大斜率的滤波器来说，我们必须增加滤波器的阶数。图7显示了由一个电位器或数字/模拟转换器控制的双通道四阶林奎茨-瑞利状态变量滤波器。在一个通道中，有4个积分器加上和/差级电路，并且来自所有4个积分器的反馈都返回和/差级电路。IC3用作缓冲器，驱动所有8个VCA的控制端口。来自电位器或DAC的电压被施加到反相输入端。这个电压随即被IC3的增益所衰减或放大，而IC3的增益由电阻R13和R14决定。图8显示了图7所示滤波器的频率响应，图中同样绘出了低通输出和高通输出。中心增益是0dB，角频率被RS和CS设置为接近1kHz.如果增益翻倍，截止频率也将翻倍（约2kHz）。同样，如果增益减半，截止频率也将减半（约500Hz）。因为在最终设计中使用了精密的E192电阻以及匹配的电容和高速运放，测量得到的特征数据非常精确。