So finden Sie den richtigen Filtertyp für Ihre Schaltung

Linearphasiger aktiver Tiefpassfilter

Wie der Name dieses Filters schon sagt, weist der linearphasige Filter einen linearen Phasengang im Durchlassbereich auf (Bild 7). Darin ähnelt er dem Bessel-Filter, doch geht sein linearer Bereich weit über den ohnehin schon breiten Bereich des Butterworth-Filters hinaus.

Aufgrund von Welligkeiten im Phasengang weist dieser Filter außerdem jenseits der 3-dB-Frequenz eine größere Flankensteilheit auf. Mit zunehmender Phasenwelligkeit erstreckt sich der Bereich konstanter Laufzeitverzögerung bis weit in den Übergangsbereich hinein. Die Sprungantwort bringt etwas mehr Überschwingen als beim Bessel-Filter, aber nicht so viel wie beim Butterworth- und Tschebyscheff-Filter.

Traditioneller, aktiver Gauß‘scher Tiefpassfilter

Das traditionelle Gauß‘sche 6-dB-Filter (Bild 8) stellt einen Kompromiss zwischen Tschebyscheff- und Bessel-Filter dar. Mit seiner nahezu linearen Phasenverschiebung und seinem sanften, monotonen Abfall in den Übergangsbereich hat er Ähnlichkeit mit dem Bessel-Filter.

Die Sprungantwort des Gauß‘schen 6-dB-Filters ist durch weniger Überschwingen gekennzeichnet und liegt zwischen Bessel- und Butterworth-Filter.

Fazit

Der vorliegende Beitrag widmete sich den Unterschieden zwischen Butterworth-, Butterworth-, Tschebyscheff-, linearphasigen und traditionellen Gauß‘schen Filtern. Wie Tabelle 1 zusammenfasst, weisen diese Filter Unterschiede in der Flachheit des Durchlassbereichs, dem Phasengang sowie den Überschwingern und Oszillationen in der Sprungantwort auf.

Welcher Filter der richtige ist, hängt also von Ihrer Entscheidung und den Anforderungen Ihrer Schaltung ab. Ist eine ordentliche Sprungantwort mit minimalen Oszillationen gefragt, sollten Sie den linearphasigen Filter in Erwägung ziehen. Soll der Filter dagegen eine hohe Flankensteilheit aufweisen, ist möglicherweise ein Tschebyscheff-Filter die beste Wahl.

Mit dem TI-Filter-Designer steht ein Hilfsmittel zur Verfügung, mit dem man diese Filter mit individuellen Parametern schnell und einfach vergleichen kann. Mit der Software lässt sich ein Filter auswählen und dann mithilfe von Simulationen genauer prüfen.

Webench Filter-Designer

* Bonnie C. Baker arbeitet als Senior Applikationsingenieur WEBENCH bei Texas Instruments in Tuscon, USA.

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