2.3.2 Выбор типа фильтра.

Прежде чем рассчитывать ФНЧ, нужно определиться с его типом и топологией.

На рисунке 2.11 изображены АЧХ различных типов фильтров.

Рисунок 2.11 – АЧХ фильтров Баттерворта, Чебышева и элептического фильтра.

Фильтр Баттерворта имеет наиболее плоскую АЧХ в полосе пропускания, что желательно для большинства аналоговых трактов. Фильтр второго порядка обеспечивает спад 40 дБ на декаду в той части АЧХ, которая лежит за частотой среза (частота на которой происходит ослабление на 3 дБ). АЧХ фильтра Баттерворта — монотонно убывающая функция частоты. В сравнении с фильтрами Чебышёва I и II типов или эллиптическим фильтром, фильтр Однако фильтр Баттерворта имеет более линейную фазо-частотную характеристику на частотах полосы пропускания.

После выбора типа фильтра нужно определиться с его порядком.

На рисунке 2.12 показана ЛАЧХ для фильтров Баттерворта нижних частот порядка от 1 до 5. Наклон характерстики— 20n дБ/декаду, где n— порядок фильтра.

Рисунок 2.12 – ЛАЧХ для фильтров Баттерворта нижних частот порядка от 1 до 5.

Из рисунка 2.12 видно, что ФНЧ первого порядка имеет самый медленный спад АЧХ, что не удовлетворяет требованиям к фильтру. Фильтры более второго порядка имеют сложную схемотехнику, что требует увеличения активных и пассивных элементов, что влечет за собой увеличение шумов и погрешностей обработки сигнала. [ХХ]

Исходя из этого, в качестве типа фильтра выберем фильтр Баттерворта второго порядка.

После выбора типа фильтра нужно определиться с топологией фильтра.

2.3.3 Выбор топологии фильтра.

Чаще других для реализации активных фильтров применяют звенья Саллена— Ки и Рауха (в зарубежной литературе принято обозначение MFB), схемы которых показаны на рисунке 2.13. Звено по схеме а построено на основе неинвертирующего усилителя или, как его называют в теории активных фильтров, источника напряжения, управляемого напряжением (еще одно название — структура Саллена— Ки (Sallen-Key (англ)). Звено по схеме б называют звеном с многопетлевой обратной связью (МПОС) или структурой Рауха.

Рисунок 2.13 – Схемы активных звеньев второго порядка.

В дифференциальных усилителях и схемах смешанных сигналов, например АЦП, есть возможность ослабить синфазную составляющую сигнала и шумы [1], что является важным преимуществом по сравнению со схемами с асимметричными входами/выходами. В последних, нежелательные шумы и сигналы могут смешиваться с полезным сигналом. Дифференциальные схемы более сложны, и в них используется большее число пассивных компонентов, но улучшение характеристик схемы оправдывает такое усложнение. Подобно дифференциальным усилителям, дифференциальные фильтры также ослабляют синфазную составляющую сигнала.

Т.к. выходной сигнал гироскопа представляет собой дифференциальный сигнал, то и ФНЧ должен быть построен по структуре дифференциальный вход/дифференциальный выход.

По топологии Sallen-Key невозможно построить фильтр с дифференциальным входом и выходом. Поэтому для наших задач он не подходит.