8.2.2 詳細設計流程

討論 Sallen-Key 低通濾波器拓撲的資源有很多。

德州儀器 (TI) 通過提供聯機和單機版設計工具（如 Webench Filter Designer 和 Filter Pro Desktop），使濾波器設計變得更加簡單。

在此設計中，我們使用單機版 Filter Pro Desktop。

對于此設計，將以下參數輸入到 Filterpro 軟件中：

• 濾波器類型 = 低通
• 增益 = 10V/V (20dB)
• 通帶頻率 = 1kHz
• 允許的紋波 = 1dB
• 濾波器階數 = 選中并設置為 2
• 響應類型 = 巴特沃斯
• 濾波器拓撲 = Sallen-Key
• 組件容差 - 電阻器 = E96 1%
• 組件容差 - 電容器 = E6 20%

輸入這些值后，FilterPro 返回以下建議值：

• R1 = 44.2kΩ
• R2 = 38.3kΩ
• R3 = 2.49kΩ
• R4 = 22.6kΩ
• C1 = 10nF
• C2 = 1.5nF

LMV551-Q1 的目標是低功耗運行。上述電阻值是針對標準 功耗應用而設定的。為了降低靜態功耗和動態功耗，請增大電阻值。

最大功率消耗者是增益設置反饋電阻器 R3 和 R4，因為它們是直流耦合的，并且代表著放大器的恒定直流負載。如果輸出偏置于 2.5V，則流過反饋網絡的電流為 2.5V / (22.6kΩ + 2.49kΩ) = 99.6µA。這遠遠超過放大器獨自的 37uA 靜態電流！反饋電阻器的大小從 22.6kΩ 增大十倍到 226kΩ，反饋網絡中的電流可降至 9.9μA。

增大電阻值需要電容值按比例減小。如果電阻值增大 10 倍，則相應的電容值必須減小到 1/10。但是請注意，增大電阻值會增大貢獻的噪聲，而且將電容值減小到較小值會提高對雜散電容的敏感度。

此外還需要作出關于縮放濾波器組件（R1、R2、C1 和 C2）的決定。R1 和 R2 以交流耦合方式連接到輸出端，所以只有流過這些電阻器的直流電流是 LMV551-Q1 的輸入偏置電流（通常為 20nA）。然而，在大信號擺動期間，較大的交流電流可能會流過 C2 和 C1?？s放濾波器組件也會降低峰值交流信號電流。如果預計交流信號很大（幾個 Vpp）并且較頻繁，那么縮放濾波器值可能有利于整體功耗。如果預計交流信號很小，可能不值得為了縮放這些值而在噪聲方面進行折衷。

由于 LMV551-Q1 具有雙極性輸入，為了保持直流精度，每個放大器輸入端所見的等效電阻應相等以便消除偏置電流的影響。

為了通過消除偏置電流來保持直流精度，應保持以下關系：

幸運的是，Filter Pro 軟件可以輕松更改和重新計算這些值。通過更改原理圖選項卡中的任何濾波器組件（R1、R2、C1 和 C2）的值，程序會自動重新計算和縮放這些組件。反過來，改變增益反饋組件（R3 或 R4）也會使另一個反饋電阻器縮放。但是，Filter Pro 不會保持上面Equation 4 所示的反饋元件和濾波器元件之間的關系。只要原始反饋電阻比保持不變，就可以適當“催長”和縮放反饋電阻值。

Figure 30. 1kHz Sallen-Key 低通濾波器及相應值