低通滤波器改进了阶跃响应

在低通滤波器上增加优化电路允许滤波器动态调整其截止频率，从而在相对较低的截止频率下保持阶跃响应时间。

设计用于信号调理的低通滤波器时，一个常见问题是它们对系统时域响应的影响。由于降低截止频率会减慢阶跃响应，因此系统可能无法及时识别显著变化。

图1电路允许在不牺牲阶跃响应时间的情况下降低截止频率。窗口比较器监视滤波器输入和输出之间的增量（差）。当三角值超过±50mV时，滤波器通过将截止频率提高一个数量级来增加其压摆率。

图1.该低通滤波器通过动态调整其截止频率来保持快速阶跃响应。

开关电容滤波器（U1）通常作为自时钟器件工作。电容C1和C2将截止频率设定为0.1Hz，其他电路构成动态窗口比较器。晶体管对Q1-Q2和Q3-Q4形成互补电流镜，其输出流经R2和R3，产生±50mV的增量。将输出电压连接到两个电阻的中心抽头，使增量以输出电压为中心。因此，您可以将窗口比较器的上限阈值设置为 V外+ 50mV，V时的下限阈值外− 50mV

原始输入信号由R4和C3进行低通滤波，产生截止频率（312Hz），从而降低对瞬时毛刺的灵敏度。滤波输入驱动窗口比较器输入。如果该输入超出±50mV窗口，比较器U2A或U2B将置位其输出低电平。低输出驱动Q5进入截止状态，导致其集电极具有高阻抗。由于Q5集电极不再将电容C2接地，滤波器的截止频率增加了十倍。当系统输出变为系统输入的50mV以内时，截止频率节流回其静态状态。

这种效果可以在示波器照片中看到（图2）。顶部迹线是1.5V至2.5V的阶跃，中间迹线是使能优化电路的输出，底部迹线显示滤波器未修改的响应。优化后的响应包括截止频率转换期间的轻微扰动，但比未修改电路快五倍。

图2.图1电路的时域响应，有优化电路（中间迹线），没有优化电路（底部迹线）。

所示电路配置为非常低的截止频率，但可以通过改变C1和C2将其重新调整为更高的频率，其中振荡频率fOSC（以kHz为单位）为30 × 103/COSC（以pF为单位），截止频率为fOSC/100。R2和R3可以针对不同的窗口值进行修改，其中增量等于电阻乘以115μA。比较器必须是漏极开路类型。

审核编辑：郭婷