任意阶无漂移全极点有源低通滤波器

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滤波技术在现代信息科学中的基础地位是学术界所公认的。由于科学与生产活动中的大量基础信息承载于低频微弱信号,长期以来,低通滤波器被广泛应用于噪声环境下的信息获取和抗干扰设计。因为无源RC滤波器只能实现极点在负实轴上且为单根的一类特殊传递函数,无法适应多样性的工程要求,因此,有源RC低通滤波器是最适宜也是研究最多的低频滤波系统。然而目前用直接综合、多节级联、多环反馈等方法实现的有源滤波器,由于直接串联在信道中,无一例外地会在信道中引入由有源器件产生的附加漂移。在海洋监测、地质勘探、土建、生物医学和电化学等领域的低频微弱信号传感、检测系统和高准确度仪器仪表中,系统灵敏度常达μV甚至nV量极,这时附加漂移是同噪声一样严重的问题。为了抑制噪声的同时不引起新的漂移问题,对滤波系统使用的放大器必然提出非常苛刻的要求,有时甚至是不能实现的。因此,发展一种面向高精度传感与检测系统的无信道附加漂移的有源低通滤波系统,对创新滤波器理论和抗干扰设计方法两方面都具有普遍重要的意义。本文目的即研究建立原理上无信道附加漂移的新型有源低通滤波系统理论及实现方法,包括拓扑结构,灵敏度分析,与传统有源低通滤波器的比较,参数优化的数学模型和算法设计,从而彻底解决传统低通滤波器抑制噪声的同时引起附加漂移的矛盾。本文所做的主要工作及结论是:(1)基于文中提出的一种任意阶无漂移有源低通滤波器的电路,给出了7阶以内的常用无漂移低通滤波系统的归一化优选参数,以供实际工程设计之需;(2)导出并验证了放大器非理想情况下滤波系统实际参数的计算公式,证明典型运放的有限带宽和有限增益对滤波器参数设计值的影响非常微小,对实际系统中使用的无漂移低通滤波器,用理想运放模型即可获得足够的设计精度;(3)基于文中提出的一种无漂移全极点有源低通滤波器灵敏度的分析方法以及系统总的Schoeffler灵敏度与设计中自由变量的取值无关,并根据统计灵敏度测度的定义,通过理论推导提出了对任意阶无漂移全极点有源低通滤波系统的统计灵敏度进行优化的方法,通过低阶系统模型验证了该方法的可行性,并得出了全部自由变量β_i均为1时系统灵敏度最低,大大降低了系统的电容电阻分散率,使系统设计得以简化。文中所用的仿真均是在Pspice和Matlab仿真环境下编译进行的。
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