為何采用視頻濾波器？

視頻頻段中的任何干擾信號(hào)都將產(chǎn)生一些肉眼可見(jiàn)的顯示失真問(wèn)題，而采用視頻濾波器就可以消除這些失真。信號(hào)混疊是采樣視頻系統(tǒng)中的一個(gè)明顯失真。當(dāng)超出視頻頻段范圍的高頻信號(hào)(例如外部無(wú)線發(fā)射信號(hào)或本地時(shí)鐘信號(hào))通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣過(guò)程混疊回視頻頻段時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生混疊現(xiàn)象。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前放置一個(gè)抗混疊濾波器就可防止這種失真。當(dāng)利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器重建數(shù)字化的視頻信號(hào)時(shí)，將導(dǎo)致視頻信號(hào)在較高頻率上被復(fù)制，從而也會(huì)引起圖像失真。這類失真信號(hào)可通過(guò)在數(shù)模轉(zhuǎn)換器之后加入一個(gè)視頻濾波器來(lái)消除。

為何采用有源視頻濾波器？

采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的有源濾波器將比采用電感實(shí)現(xiàn)的無(wú)源濾波器頻率響應(yīng)更好、帶寬更平坦，且通道間更匹配。無(wú)源濾波器的帶寬和頻率響應(yīng)特征取決于組成它的電感和電容值的精度。而有源濾波器采用運(yùn)算放大器和電阻器來(lái)替代電感器，由于有源濾波器的精度取決于電阻和電容值的精度，而不再取決于電感和電容值的精度，因此精度得到充分提高。另外值得一提的是，便宜的電阻比便宜的電感精度高得多。此外，現(xiàn)在運(yùn)算放大器的價(jià)格也很低，因此一個(gè)有源濾波器往往比采用電感實(shí)現(xiàn)的無(wú)源濾波器更便宜。

設(shè)計(jì)有源視頻濾波器

視頻濾波器要求良好的相位線性特征，即在整個(gè)視頻頻段內(nèi)都應(yīng)具有十分恒定的相位延遲，同時(shí)幅度響應(yīng)的平坦度要好。這兩方面的參數(shù)要求使得Butterworth濾波器成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇。采用一個(gè)4階濾波器就能在高頻下獲得很好的阻帶抑制效果。

4階Butterworth濾波器由兩個(gè)運(yùn)算放大器采用Sallen-Key方式構(gòu)成。本文中的設(shè)計(jì)采用飛兆半導(dǎo)體的高速雙運(yùn)算放大器(FHP3230)，來(lái)構(gòu)造一個(gè)可放入狹小印刷電路板中的濾波器。FHP3230的增益帶寬為60MHz，是一種采用單電源供電和軌至軌輸出方式的放大器。這些特點(diǎn)使FHP3230成為該類應(yīng)用的最佳選擇。

圖1所示為一個(gè)4階濾波器。

圖1：采用FHP3230雙運(yùn)算放大器的有源視頻濾波器(+5V單電源、AC耦合輸入)

設(shè)計(jì)Butterworth有源視頻濾波器

該濾波器有兩級(jí)，每一級(jí)都由一個(gè)FHP3230運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)(因此整個(gè)濾波器需要一個(gè)雙運(yùn)算放大器器件)。每級(jí)各提供兩個(gè)極點(diǎn)，以構(gòu)成完整的4階濾波器。有很多種方法來(lái)選擇這種濾波器的元件值。在本文的例子中，第一級(jí)為單位增益，Q值為0.54；第二級(jí)的增益為+2，Q值為1.3。這些Q值可形成一個(gè)Butterworth濾波器。為確保濾波器在整個(gè)視頻頻段內(nèi)的平坦性，取截止頻率fo為6MHz。這將導(dǎo)致整個(gè)Butterworth波形在5MHz頻率時(shí)的增益為-1dB。

電容應(yīng)足夠大，這樣PCB的寄生電容才不至于影響電容值。但電容也不能太大，否則電阻值將會(huì)很小，以致放大器將難以驅(qū)動(dòng)如此小的電阻。PCB的寄生電容在短走線的情況下約為1pF(制造PCB的材料直接影響寄生電容大小)。如果以18pF作為電容元件的基本量級(jí)，我們就能將寄生電容的影響降到最低。