基于CFOA的快速響應(yīng)濾波器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)中，提取的是老鼠大腦皮層的信號，這是一種電信號，醫(yī)學(xué)上通過研究這種電壓信號的波動來研究老鼠腦部出現(xiàn)的病理變化，為進(jìn)一步研究人的大腦皮層變化提供堅實(shí)可靠的素材，為治療癲癇導(dǎo)致的病理變化做出偉大的貢獻(xiàn)，可以提前預(yù)防癲癇等疾病的發(fā)生。但是腦電信號是電壓幅值特別小的信號，模擬仿真時由于老鼠腦電的頻帶范圍特別窄，它特別容易受到噪聲的干擾而采集不到，因此濾波電路非常重要。濾波器是一種能過濾信號中混有的噪聲的電子設(shè)備，即過濾掉我

2、們不需要的頻帶，留下需要的頻帶。濾波器的研究逐漸發(fā)展，但是現(xiàn)在的濾波器通常使用的是電壓反饋型運(yùn)算放大器（voltage Feedback operational Amplifier,簡稱VFOA）。雖然VFOA有很多優(yōu)點(diǎn)，但它存在電壓模式放大器的共同缺點(diǎn)：實(shí)際電路中為了減小大量高阻抗節(jié)點(diǎn)造成的影響，通常用降低電流消耗，和提升電壓擺幅的方法，同樣造成了在處理高頻和高速信號等方面的能力明顯降低了。可以使用電流模式放大器代替電壓模式放大器來解

3、決出現(xiàn)的問題，在電流模式放大器中我們常使用電流型運(yùn)算放大器（Current Feedback operational Amplifier,簡稱CFOA）；它具有：同相端為高阻抗,反相端基本為零,改變增益時帶寬基本沒有變化,壓擺率非?？?波形產(chǎn)生波動和失真會更低,在取反饋電阻時會限制它的取值。這里提到的在濾波電路中將會使用的CFOA是跨阻型的運(yùn)算放大器,在閉環(huán)系統(tǒng)中，若系統(tǒng)中存在反饋時，它的反饋量是電流,電流通過反相端輸入電壓跟誰器進(jìn)入C

4、FOA的內(nèi)部，并且在開環(huán)系統(tǒng)時，增益的量綱是通過跨阻表達(dá)的。與常見的傳統(tǒng)的電壓模式運(yùn)算放大器VFOA相比,不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理帶來了明顯的優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)電壓模式電路的難題，具有明顯的動態(tài)特性，優(yōu)良的的壓擺率和快速的響應(yīng)，極具實(shí)用優(yōu)點(diǎn)?？梢岳碚撟C明它的優(yōu)越的電路結(jié)構(gòu)，不僅在濾波電路中占據(jù)重要位置，在一些基本電路中也優(yōu)于VFOA電路，因此在集成電子中占有越來越重要的比重，是現(xiàn)在集成運(yùn)放中關(guān)注的重點(diǎn)。
　　本文重點(diǎn)研究了CFOA應(yīng)

5、用于濾波電路，設(shè)計出了二階濾波電路，并且給出了n節(jié)濾波電路的一般電路結(jié)構(gòu)，突破了一些傳統(tǒng)VFOA濾波電路的缺點(diǎn)即對高速信號的處理能力弱和信號容易失真，它具有極佳的性能優(yōu)點(diǎn)和良好的動態(tài)特性，設(shè)計出的濾波器壓擺率優(yōu)良，延遲時間低，波形不易失真，抗噪聲性能優(yōu)于VFOA電路，在試驗(yàn)室的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和病理組織處理系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。文章提出了一種基于CFOA的快速響應(yīng)低通濾波器的設(shè)計方法，使多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的多路模擬信號通過模擬開關(guān)可共用

6、一路低通濾波器，從而簡化了電路設(shè)計，本設(shè)計經(jīng)仿真驗(yàn)證和搭板測試，均達(dá)到了設(shè)計要求。
　　在濾除噪聲的過程中，低通濾波器往往是影響采集精度和速率的關(guān)鍵，本文提出了一種基于電流反饋放大器的快速響應(yīng)低通濾波器設(shè)計方法，經(jīng)Multisim仿真驗(yàn)證和實(shí)際搭板測試，其脈沖響應(yīng)延遲時間比基于電壓運(yùn)算放大器設(shè)計的低通濾波器減少了約1-2個數(shù)量級，從而證明了該方法的有效性，類似的方法亦可用來實(shí)現(xiàn)其他種類濾波器的設(shè)計。
　　本文第二部分從CFO

7、A內(nèi)部拓?fù)溟_始,描述了內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)模型和實(shí)現(xiàn)的具體功能，講述CFOA的工作參數(shù)，通過對比CFOA和VFOA的功能，利用CFOA的優(yōu)點(diǎn)，避免VFOA電路的缺點(diǎn)，通過求出傳遞函數(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,給出理論n階濾波器設(shè)計，通過在實(shí)驗(yàn)室操作獲得設(shè)計電路結(jié)構(gòu)圖，通過仿真軟件的測量和搭板測試實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同測得的結(jié)果相互比對分析，驗(yàn)證本論文濾波器的優(yōu)勢，并且經(jīng)過濾波電路的理論驗(yàn)證分析得到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過學(xué)習(xí)傳統(tǒng)電壓型濾波器和引用論文濾波器，文章