Проектирование электрических фильтров

Всеволод Разевиг

При проектировании электронного устройства прежде всего возникает проблема выбора структуры устройства (структурный синтез), его параметров (параметрический синтез) и его принципиальных схем. Наилучшим образом эти проблемы формализованы и реализованы в программном обеспечении синтеза электрических частотно-избирательных фильтров, предназначенных для оптимальной обработки информационных сигналов на фоне разнообразных помех. Приведем краткий обзор ПО синтеза аналоговых, дискретных и цифровых фильтров.

Наглядный ввод задания на проектирование фильтра в программе Filter Wiz

MicroSim Filter Designer. Программа синтеза аналоговых и дискретных фильтров Filter Designer корпорации MicroSim (ныне объединилась с OrCAD, www.orcad.com) не входит в известную систему сквозного проектирования электронных устройств DesignLab и функционирует в среде DOS. Однако это не снижает ее ценности, так как результаты синтеза фильтров представляются в виде текстовых описаний макромоделей фильтров и могут быть переданы в схемный редактор DesignLab для включения в состав моделируемого устройства.

В программе Filter Design производится как стандартная аппроксимация частотных характеристик ФНЧ, ФВЧ, ПФ и РФ с помощью полиномов Баттерворта, Чебышева, эллиптических полиномов и полиномов Бесселя, так и синтез фильтров с амплитудно-частотными характеристиками произвольного вида и синтез фазовых корректоров. Рассмотрена реализация аналоговых фильтров на пассивных LC-звеньях, активных RC-звеньях и фильтров на переключаемых конденсаторах, т. е. фильтров, обрабатывающих дискретные отсчеты сигналов и поэтому называемых дискретными. Максимальный порядок фильтров равен 32.

FilterCAD и Filter Wiz. Программы FilterCAD фирмы LinearX Systems (www.linearx.com) и Filter Wiz фирмы Active Filter Designer (www.schematica.com) предназначены для синтеза аналоговых активных RC-фильтров под управлением Windows. Они имеют современный интерфейс, и с ними работать гораздо удобнее, чем с Filter Design. Однако по функциональным возможностям все три программы примерно одинаковы (причем Filter Design обеспечивает синтез несколько большей номенклатуры фильтров). После ввода технического задания на создание фильтра синтезируется передаточная функция фильтра и рассчитываются нули и полюса в s-плоскости (в программе Filter Design при синтезе фильтров на переключаемых конденсаторах в z-плоскости). После выбора типовых звеньев (например, в FilterCAD имеется 140 вариантов звеньев 1 - 8 порядков, общее число звеньев не ограничивается) рассчитываются параметры их компонентов и чувствительность передаточных функций к их изменениям. Есть возможность переставлять звенья местами, округлять сопротивления резисторов и емкости конденсаторов с точностью 1, 5, 10 и 20% и непрерывно контролировать характеристики фильтра.

Просмотр схемной реализации отдельных звеньев фильтра и их характеристик в программе FilterCAD

Serenade и Series IV. Синтез фильтров в СВЧ-исполнении обеспечивают пакеты Serenade фирмы Compact Software (www.comsoft.com), Series IV подразделения EEsof компании Hewlett-Packard (www.tmo.hp.com) и MMICAD фирмы Optotek (www.optotek.com). Наибольшими возможностями обладает пакет программ Series IV, имеющий в своем составе программы синтеза E-Syn расчета параметров отрезков линий передачи LineCalc. Программа MMICAD способна рассчитывать фильтры на поверхностных акустических волнах.

SystemView. 32-разрядная программа SystemView версии 2.0 фирмы ELANIX (www.elanix.com) значительно отличается от предыдущей версии (см. PC Week/RE, № 15/97, с. 62). Во-первых, она переписана на Си (предыдущая версия написана на Visual Basic). Это значительно повысило ее быстродействие, что особенно важно при проведении статистических расчетов. Во-вторых, значительно расширены ее функциональные возможности, в частности в области синтеза передаточных функций аналоговых и цифровых фильтров.

В заключение упомянем программу синтеза передаточных функций цифровых фильтров с конечными и бесконечными импульсными характеристиками Digital Filter Design, созданную в виде исполняемого кода с помощью утилиты Application Builder программы LabView корпорации National Instruments (www.natinst.com).

Анкета

Более года назад в PC Week/RE был создан раздел САПР для публикации обзоров и новостей в области CAE/CAD/CAM. В этом разделе главным образом рассматривалось ПО в области машиностроения, архитектуры и строительства, моделирования механических и электронных устройств. Чтобы улучшить содержание раздела, нам очень важно знать мнение наших читателей. Просим вас ответить на следующие вопросы (нужное подчеркнуть, недостающее вписать).

Как вы оцениваете раздел САПР?

Программное обеспечение в какой области САПР вас интересует?

Какое ПО вы используете? _______________________

На какой платформе вы работаете?

Ваши рекомендации по улучшению содержания раздела САПР:

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Сведения о себе

В какой отрасли промышленности вы работаете?

Ваш род занятий

Если возможно, укажите свою фамилию, должность, контактный телефон или адрес электронной почты

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Приглашение к сотрудничеству

Редакция приглашает вас присылать информацию о своих разработках и опыте применения ПО САПР.

Все материалы просим направлять по адресам: razevig@pcweek.ru, editorial@pcweek.ru, по факсу: (095) 237-9109 или почтой по адресу редакции, указанному на с. 6.