模擬濾波器可以分為無源和有源濾波器。

有源濾波器：集成運放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。集成運放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構(gòu)成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。

有源濾波自身就是諧波源。其依靠電力電子裝置，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時產(chǎn)生一組和系統(tǒng)幅值相等，相位相反的諧波向量，這樣可以抵消掉系統(tǒng)諧波，使其成為正弦波形。有源濾波除了濾除諧波外，同時還可以動態(tài)補償無功功率。其優(yōu)點是反映動作迅速，濾除諧波可達到95％以上，補償無功細(xì)致。缺點為價格高，容量小。由于目前國際上大容量硅閥技術(shù)還不成熟，所以當(dāng)前常見的有源濾波容量不超過600kvar。其運行可靠性也不及無源。

有源濾波器工作原理是：用電流互感器采集直流線路上的電流，經(jīng)A/D采樣，將所得的電流信號進行諧波分離算法的處理，得到諧波參考信號，作為PWM的調(diào)制信號，與三角波相比，從而得到開關(guān)信號，用此開關(guān)信號去控制IGBT單相橋，根據(jù)PWM技術(shù)的原理，將上下橋臂的開關(guān)信號反接，就可得到與線上諧波信號大小相等、方向相反的諧波電流，將線上的諧波電流抵消掉。這是前饋控制部分。再將有源濾波器接入點后的線上電流的諧波分量反饋回來，作為調(diào)節(jié)器的輸入，調(diào)整前饋控制的誤差。

從設(shè)計規(guī)范階段開始，工程師就應(yīng)該明確每個濾波器所需要的頻率響應(yīng)，振幅比頻率的斜率，以及是低通還是高通濾波器，是帶通還是陷波濾波?？赡苄枰拗茷V波器溢出現(xiàn)有的電源電壓；這是特別重要的，例如系統(tǒng)要在像MP3播放器一樣的便攜式應(yīng)用中使用低電壓電池的情況。當(dāng)電源電壓，頻率類型和響應(yīng)決定后，下一步就是將響應(yīng)曲線所需要的特征轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)類型。

確定響應(yīng)曲線

Butterworth，Bessel，Chebyshev的常見的傳統(tǒng)響應(yīng)曲線如表1.0所示。除此之外還存在許多其他的響應(yīng)曲線，但是其中一些是基于這些基本曲線的，只不過階數(shù)更高，例如在高端音頻分頻器中常見的2階Linkwitz-Riley就是由兩個一階Butterworth濾波器組成的。

Butterworth是常見的濾波器類型，因為其具有相比其他任何濾波器來說，精密的平頂通帶。Butterworth屬于二類濾波器，意味著波紋被限制在阻帶內(nèi)。

Chebshev是一類濾波器，響應(yīng)曲線比Butterworth更為陡峭，但是它在通帶內(nèi)會受到波紋的影響。

Cauer頻率響應(yīng)可以是一類，也可以是二類，因為在通帶和阻帶中的波紋都可以獨立調(diào)整。對于給定的波紋值，它在阻帶和通帶之間具有快的增益躍遷。

Bessel頻率響應(yīng)適合于需要線性相位響應(yīng)的系統(tǒng)，并且在通帶中具有的平坦群延時。因此，在波形保持非常重要的音頻電路中很受歡迎。

頻率的斜率

電路中電抗性元件的個數(shù)，不論是電感性還是電容性元件，決定了電路中的“階”數(shù)。一個電阻加上一個電容就是階，并且加入到電路中的每個電抗性組件都會相應(yīng)增加一階。當(dāng)頻率相同時，每一階會讓斜率變得更大，每八度增加6dB。

濾波器的階數(shù)越高，響應(yīng)曲線越接近垂直。

模擬或數(shù)字

采用數(shù)字方案要取決于許多因素;數(shù)字方案通常會花費較長的開發(fā)時間，需要更多的資源，并且可能無法達到與模擬濾波器相同的性價比。使用數(shù)字濾波器的器件，比如FPGA或CPU，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以進行濾波，然后再重新轉(zhuǎn)換成模擬信號。DSP解決方案能提供復(fù)雜處理的能力，但是這種額外的靈活性需要更多的開發(fā)工作和更高的花費。

濾波器設(shè)計的傳統(tǒng)方式

拉普拉斯變換可以通過計算或從標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)曲線公式中進行更為普遍的查找來實現(xiàn)。

公式1.0是針對三階Butterworth濾波器進行的變換，其中：s=o+i。w，(實數(shù)+復(fù)數(shù)部分)

變換分子和分母可以進行分解因子計算，以找到公式的極點與零點。

使用極點和零點的濾波穩(wěn)定性

極點是能夠使分母為0(或H(s)=無窮大)的“s”的數(shù)值，“零點”是能夠讓分子為0的 “s” 的數(shù)值。為了使濾波器穩(wěn)定，極點的數(shù)值必須大于零點的數(shù)值。由于公式1.0只有極點存在，表明該三階Butterworth穩(wěn)定，并且沒有擺動。

如果濾波器的時間相對振幅響應(yīng)需要進行檢驗，則對公式可以進行反拉普拉斯變換，以使其回到時間域。沒有必要在模擬 “s”平面和“z”平面之間進行轉(zhuǎn)換，因為已經(jīng)可以使用數(shù)字方案了。

Sallen-Key有源濾波器

盡管許多不同的配置可以在數(shù)學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上用于設(shè)計終的電路，但由于本文章的目的，我們選擇了Sllen-Key二極濾波器，因為它在所有針對低通和高通過濾的二階濾波器配置中是的。它們構(gòu)造簡單，并且對于組件容差有相對彈性。圖2.0和2.1分別展示了低通和高通配置。

針對模擬濾波的單芯片解決方案

如果需要高階濾波器，基于Sallen-Key的濾波器可能不是的方案。達到8階的濾波器就有可能使用專用的開關(guān)電容型濾波器，比如美信(Maxim)的MAX293。將輸入時鐘頻率轉(zhuǎn)換為所需要的滾升/滾降頻率使得這些都變得非常靈活，但是它們受到的干擾確實要高于連續(xù)時間濾波器。

TI的UAF42和美信的MAX274濾波器的優(yōu)勢是將低通，高通和帶通合并在一個單獨的元件中。通過使用高度準(zhǔn)確的內(nèi)部微調(diào)電容，它們就不容易受頻率變化的影響，而頻率變化會導(dǎo)致各級間的不一致。

希望能實時改變?yōu)V波器規(guī)格的工程師可能會考慮現(xiàn)場可編程模擬陣列(FGAA)，例如來自于AnADIgm的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用小型QFN封裝，具有可完全配置的模擬更能模塊。例如，AN121E04具有4個可配置I/O單元和兩個專用的輸出單元，因此可以并行處理多個模擬信號。