滤波器设计

选择架构与目标频率,按版图密度给出最小面积 RC 取值(可直接修改任一器件值联动重算),实时绘制幅频曲线与电阻热噪声性能。

RC: fc = 1/(2πRC) | 最小面积: R* = √(ρR/(2πfc·ρC)) | 噪声: en = √(4kTR),Vn,rms = √(∫4kTR·|H(f)|²df)

当前电路图

设计结果

器件取值面积 (µm²)

幅频特性 |H(f)| (dB)
输出噪声谱密度 √(Σ4kTRᵢ)·|H(f)|(nV/√Hz,对数轴)

模型假设(工程估算):

  • 每个电阻的热噪声经主路径 |H(f)| 到达输出(各噪声源功率叠加)。
  • 积分噪声为绘图频段内的数值积分(fref/100 ~ fref×100);高通类实际带宽受运放限制,结果偏保守。
  • Sallen-Key 采用单位增益 Butterworth 设计(低通等 R、C1=2C2;高通等 C、R2=2R1)。
  • RC-CR 带通使用理想电压跟随器隔离两级,传递函数为两级乘积;噪声估算不含运放;MFB 中频增益固定为 -1、C1=C2。
  • 双 T 带阻:R3=R/2、C3=2C(可用单位件串/并联实现),Q 固定为 1/4,f0 处理想陷波。
  • 面积 = ΣRᵢ/ρR + ΣCᵢ/ρC,仅比较 RC 无源部分,不含运放。

当前电路图

反算结果

幅频特性 |H(f)| (dB)
输出噪声谱密度 √(Σ4kTRᵢ)·|H(f)|(nV/√Hz,对数轴)

模型假设(反算通用式,不假设器件配比):

  • RC 一阶:fc = 1/(2πR1C1);SK 低通:H = 1/(1+jωC2(R1+R2)+(jω)²R1R2C1C2);SK 高通:H = (jω)²R1R2C1C2/(1+jωR1(C1+C2)+(jω)²R1R2C1C2)。
  • MFB 带通:f0 = √(G12/(R3C1C2))/2π(G12 = 1/R1+1/R2),Q = ω0C1C2R3/(C1+C2),中频增益 H0 = −C1R3/(R1(C1+C2));运放按理想(增益带宽 ∞)处理。
  • RC-CR 带通使用理想电压跟随器隔离两级,传递函数为两级乘积;噪声估算不含运放;双 T 带阻按标称配比(R3=R/2、C3=2C),Q 固定 1/4。
  • 噪声口径:en = √(Σ4kTRᵢ)·|H(f)|,ΣRᵢ 为全部电阻之和(双 T 为 2.5R);积分噪声为绘图频段(fref/100 ~ fref×100)内的数值积分。