[参考译文] 如何设计一个能够隔离直流信号并通过2Hz~5000Hz 信号的有源滤波器电路？

您好、Cherry：  

您能帮助说明如何设计一个可安全地通过2-5000Hz 信号、衰减超过5K 信号并滤除直流24V 信号的电路吗？

我们有一个在线 FilterPro 工具可以做到这一点。  

https://webench.ti.com/filter-design-tool/filter-response

我们还具有以前的离线 FilterPro 工具。 如果您想结账、我可以将其发送给您。  

我需要有关2Hz 到5000Hz 之间带通滤波器的其他信息。  

Question：

1.在3dB 极点区域附近的2Hz 和5kHz 频率下、需要的注意力是什么？ 在 BP 区域、衰减需要低于输入信号的5%。  

2.您希望5kHz 后衰减哪些杂散信号。 我需要知道频率范围和衰减水平、它决定了滤波器类型(5kHz 后的二阶、三阶或更高阶 LPFS 等)。  

我将 HPF 和 LPF 组合在一起、将一个 BPF 组合在一起。 我不知道具体的要求是什么。

e2e.ti.com/.../3005.2_2D00_5kHz-TLV07-Active-BPF-07252023.TSC

请向我提供滤波器要求的详细信息、也许我们能够确定您需要什么。  

此致！

雷蒙德

尊敬的 Raymond：

感谢您的支持。

由于客户的探头用于接收振动信号、因此振动信号的正常范围约为2 Hz 至5000 Hz。 但是、不寻常的高频振动信号可能会叠加、并且来自直流/直流稳压器的干扰也会受到影响。

通常、2Hz 到5000Hz 之间的信号衰减必须保证小于0.5%。 您能帮助分享一些有关筛选以供参考的学习文档吗？

根据上述响应、2Hz 和5000Hz 的条件为-3dB。 对于2Hz 和5000Hz 信号、信号幅度衰减了0.7倍、低于0.5%。 例如、通过该滤波器电路后、需要具有1V 的正弦信号幅值才能达到1*0.95=0.95的最小信号幅值。 即、频率范围为2Hz-5000Hz 的所有信号的幅度衰减必须小于或等于0.5%、这意味着衰减-0.446dB。  

谢谢。此致、

切里

您好、Cherry：  

通常情况下，2Hz 到5000Hz 之间的信号衰减必须保证低于0.5%。 您能否帮助共享一些有关筛选以供参考的学习文档？

这对客户有用吗？ 我们可以调整有源滤波器参数并满足附加要求。 我正努力使 BPF 尽可能窄、以满足上述要求。 如果 BPF 增加、则可以轻松满足要求、但也可能让无用的 BP 信号进入。

e2e.ti.com/.../OPA187.2_2D00_5kHz-Active-BPF-07262023.TSC

下面是 TLV07运算放大器的低成本方案。   

e2e.ti.com/.../FilterPro-Designed-BPF-w-TLV07-07262023.TSC

我将使用在线滤波器设计工具、在本例中将 LPF 和 HPF 放在一起。 我根据滤波器设计拓扑使用 MFB 滤波器配置。  

https://webench.ti.com/filter-design-tool/filter-response

https://www.ti.com/lit/an/sloa049d/sloa049d.pdf?ts = 1690294116328&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

https://www.ti.com/lit/an/sboa230/sboa230.pdf?ts = 1690304418160&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

https://www.ti.com/lit/an/snoa387c/snoa387c.pdf?ts = 1690378104138&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

雷蒙德

您好、Cherry：  

我将结束本次调查。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

雷蒙德

尊敬的  Raymond：

再次感谢您的回答、 实际上客户不知道如何在在线设计工具中设置和使用带通滤波器的参数、您能说明更多内容吗？ 或者是否有任何文档可供参考？

另一个问题是该振动探针的输出信号是交流信号、电压可能为正或负。 信号振幅不会超过5V。使用单电源进行运算放大器滤波会产生影响吗？  

谢谢。此致、

切里

您好、Cherry：  

或者是否有任何文档可供参考？

我已向您发送了两个应用参考设计。 TI 网站和 youtube.com 上提供了大量的设计信息、但其中许多信息并不是特定于您的情况。  

我在 BPF 中使用了 MFB 二阶设计。 下面是一个可能有用的视频链接。  

https://www.youtube.com/watch?v=L-V4sIJ9SNQ

https://www.ti.com/video/6165744706001

另一个问题是该振动探头的输出信号是交流信号，电压可能为正或负。

MFB 采用双电源轨设计、它将响应摆动到 GND 上下(在本例中为)的交流信号。  

我很乐意通过 WebEx 呼叫与客户联系。 是否设置好了、我可以在 WebEx 会话中演示滤波器工具。 请告诉我。  

这里是 FilterPro 的副本、它是基于 PC 的 FilterPro 工具(离线、我们最近在驱动器中找到了该副本)。

安装后、您可以使用该工具来浏览一些内容。  

e2e.ti.com/.../FilterPro.zip

https://www.ti.com/lit/an/sbfa001c/sbfa001c.pdf?ts = 1690849873288&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

雷蒙德

尊敬的 Raymond：

再次感谢您的答复。

我很乐意通过 WebEx 呼叫与客户联系。 是否设置好了、我可以在 WebEx 会话中演示滤波器工具。 请告诉我。  [/报价]

客户是中国武汉大学的学生、很难安排您和他们之间的会议、因为我只通过论坛支持他们、我想知道您能否发送视频(如屏幕录制视频)、说明如何通过 mail/WebEx 使用筛选工具(如果可能)？ 请告诉我这是否可行。 谢谢！  

谢谢。此致、

切里

您好、Cherry：  

我为客户提供了两种滤波器设计工具。 我建议使用基于 PC 的 FilterPro 设计工具。

我找到了 youtube.com 中的链接、可以帮助客户开始。 如果客户能够浏览应用手册和 FilterPro 设计工具、他/她应该能够充分了解这些有源滤波器的工作原理。  

https://www.youtube.com/watch?v=0z5z5lwiS08&t=375s

我无法提供有关如何设计有源滤波器的视频剪辑。 youtube.com 上有大量视频片段、您可以从中了解如何参与设计一。 我们基于 PC 的 FilterPro 设计工具不再受支持、但许多用户仍然认为它是我们网站上当前在线设计工具比更好的滤波器设计工具。

我建议客户首先设计一个有源二阶高通滤波器、其极点在大约1Hz 的范围内；然后设计一个有源二阶低通滤波器、其极点在大约8kHz 到10kHz 的范围内分别工作。 将两个滤波器组合在一起时、应该会得到一个与我建议的相似的带通滤波器。 如果客户的输入信号振幅很大、则 TLV07运算放大器将因其压摆率而无法工作。 您必须找到其他具有更高转换率的运算放大器才能获得所需结果。 设计的 BPF 满足设计要求后、您可以在 TINA-TI 仿真器中传输 R 和 C 参数、并检查最终滤波器性能。  

如果您有其他问题、请告诉我。  

此致！

雷蒙德   

 

尊敬的 Raymond：

谢谢、刚刚收到了终端客户的反馈：

您提供的电路在2Hz 时显示了良好的直通、但同时仍有信号从1m 传递到2Hz。 将其直接设计为低通滤波器是否更好？ 5K 的截止频率。

客户想知道2Hz 至5K 带通滤波器和5K 通滤波器之间是否有真正的差异、直至？  

谢谢。此致、

切里

您好、Cherry：  

但同时仍有信号从1米传递到2赫兹。

是的、您未指定任何设计要求。 从1MHz 到2Hz、滤波器的衰减大约为+40dB/十倍频程。 这意味着、在0.02Hz 时、0.2Hz 信号将在-40dB 处衰减、在-80dB 处衰减、0.002Hz 或2MHz 时衰减约-120dB。 当无用信号接近2Hz 范围时、衰减的信号振幅会更小。 建议使用的滤波器是二阶 MFB BP 滤波器。   

当频率大于5kHz 范围时也是如此、它将衰减到-40dB/十倍频程。  

可以设计更高阶滤波器、但我需要满足滤波器设计要求。  

[quote userid="496057" url="~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1252156/how-to-design-an-active-filter-circuit-that-can-isolate-a-dc-signal-and-pass-through-a-2hz-5000hz-signal 客户想要设计一个滤波电路来过滤掉5000Hz 以上的寄生信号、同时确保2到5000之间的信号衰减少于5%、而且还需要隔离24V 直流信号。 [/报价]

这不是滤波器设计要求。 从上面的陈述中、我知道你希望有2Hz 至5kHz 间相当平坦的频率响应、但是它并没有给出应用对于 HPF 和 LPF 陡峭程度的要求。  

如果要滤除2MHz 范围频率、-120dB 应该就足够了。 如果客户希望消除0.02Hz 范围内的噪声、-40dB 可能足够、但它可能还不够。 它取决于这些噪声的幅度。 低交流信号是否通过24V 直流电源提供？ 什么是24V 直流电源的噪声纹波和频率响应？

好的。

雷蒙德