【正文】 南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 教 學(xué) 點(diǎn)： 無 錫科技職業(yè)學(xué)院 專 業(yè)： 電子工程 姓 名： 曾凡 學(xué) 號： 024910202104 外文出處： History of the development of the filter 附 件： ； 。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 附件 1：外文資料翻譯譯文 濾波器的發(fā)展史 1917 年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個(gè)多路復(fù)用系統(tǒng)的出現(xiàn)。 20 世紀(jì) 50 年代無源濾波器日趨成熟。自 60 年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小 體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70 年代以后的主攻方向。 一、濾波器發(fā)展引言 凡是有能力進(jìn)行信號處理的裝置都可以稱為濾波器。在近代電信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛；在所有的電子部件中，使用最多，技術(shù)最為復(fù)雜的要算濾波器了。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。 導(dǎo)致 RC 有源濾波器、數(shù)字濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的飛速發(fā)展，到 70 年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來并得到應(yīng)用。 80 年代 ，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 90 年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。當(dāng)然，對濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。 我國廣泛使用濾波器是 50 年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路濾波。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)用與國際發(fā)展有一段距離。 二、濾波器的分類 濾波器有各種不同的分類，一般有如下幾種。 （ 1）按處理信號類型分類 按處理 信號類型分類，可分為模擬濾波器和離散濾波器兩大類。其中模擬濾波器又可分為有源、無源、異類三個(gè)分類；離散濾波器又可分為數(shù)字、取樣模擬、混合三個(gè)分類。當(dāng)然，每個(gè)分類又可繼續(xù)分下去，總之，它們的分類可以形成一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，實(shí)際上有些濾波器很難歸于哪一類，例如開關(guān)電容濾波器既可屬于取樣模擬濾波器，又可屬于混合濾波器，還可屬于有源濾波器。因此，我們不必苛求這種“精確”分類，只是讓人們了解濾波器的大體類型，有個(gè)總體概念就行了。 （ 2）按選擇物理量分類 按選擇物理量分類，濾波器可分為頻率選擇、幅度選擇、時(shí)間選擇（例如 PCM 制中的話路信號）和信息選擇（例如匹配濾波器）等四類濾波器。 （ 3）按頻率通帶范圍分類 按頻率通帶范圍分類，濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五個(gè)類別，而梳形濾波器屬于帶通和帶阻濾波器，因?yàn)樗兄芷谛缘耐◣Ш妥鑾А? 濾波器種類繁多，有些是眾所周知的，有些可能不為大家所熟悉，下面著重介紹近年來發(fā)展很快的幾種濾波器。 三、有源濾波器 有源濾波器由下列一些有源元件組成：運(yùn)算放大器、負(fù)電阻、負(fù)電容、負(fù)電感、頻率變阻器（ FDNR）、廣義阻抗變換器（ GIC）、負(fù)阻抗變換器（ NIC）、正阻抗變換器（ PIC）、負(fù)阻抗 倒置器（ NII）、正阻抗倒置器（ PII）、四種受控源，另外，還有病態(tài)元件極子和零子。 1965 年單片集成運(yùn)算放大器問世后，為有源濾波器開辟了廣闊的前景。 70 年代初期，有源濾波器發(fā)展引人注目， 1978 年單片 RC 有源濾波器問世，為濾波器集成邁進(jìn)了可喜的一步。由于運(yùn)放的增益和相移均為頻率的函數(shù)，這就限制了 RC 有源濾波器的頻率范圍，一般工作頻率為 20kHz 左右，經(jīng)過補(bǔ)償后，工作頻率也限制在 100kHz 以內(nèi)。 1974 年產(chǎn)生了更高頻的 RC 有源濾波器，使工作頻率可達(dá) GB/4（ GB 為運(yùn)放增益與帶寬之積）。由于R 的存在，給集 成工藝造成困難，于是又出現(xiàn)了有源 C 濾波器：就是濾波器由 C 和運(yùn)放組成。這樣容易集成，更重要的是提高了濾波器的精度，因?yàn)橛性?C 濾波器的性能只取決于電容之比，與電容絕對值無關(guān)。但它有一個(gè)主要問題：由于各支路元件均為電容，所以運(yùn)放沒有直流反饋通道，使穩(wěn)定性成為難題。 1982 年由 Geiger、 Allen 和 Ngo 提出用連續(xù)的開關(guān)電阻（ SR）去替代有源 RC 濾波器中的電阻 R，就構(gòu)成了 SRC 濾波器，它仍屬于模擬濾波器。但由于采用預(yù)置電路和復(fù)雜的相位時(shí)鐘，使這種濾波器發(fā)展前途不大。 總之，由 RC 有源濾波器為原型的各類變種有源濾 波器去掉了電感器，體積小， Q 值可達(dá) 1000，克服了 RLC 無源濾波器體積大， Q 值小的缺點(diǎn)。但它仍有許多課題有待進(jìn)一步研究：理想運(yùn)放與實(shí)際特性的偏差的研究；由于有源濾波器混合集成工藝的不斷改進(jìn)，單片集成有待進(jìn)一步研究；應(yīng)用線性變換方法探索最少有源元件的濾波器需要繼續(xù)探索；元件的絕對值容差的存在，影響濾波器精度和性能等問題仍未解決；由于 R 存在，集成占芯片面積大，電阻誤差大（ 20%～ 30%），線性度差等缺點(diǎn)，使大規(guī)模集成仍然有困難。盡管有這么多問題， RC 有源濾波器的理論和應(yīng)用仍在持續(xù)發(fā)展中。 四、開關(guān)電容濾波器（ SCF） 20 世紀(jì) 80 年代技術(shù)改造一個(gè)重大課題是實(shí)現(xiàn)各種電子系統(tǒng)全面大規(guī)模集成（ LSI）。使用最多的濾波器成為“攔路虎”， RC 有源濾波器不能實(shí)現(xiàn) LSI，無源濾波器和機(jī)械濾波器更不用說了，于是，人們只能另辟新徑。 50 年代曾有人提出 SCF 的概念，由于當(dāng)時(shí)集成工藝不過關(guān)，并沒有引起人們的重視。 1972 年，美國一個(gè)叫 Fried 的科學(xué)家發(fā)表了用開關(guān)和電容模擬電阻 R，說 SCF 的性能只取決于電容之比，與電容絕對值無關(guān)，這樣才引起人們的重視。 1979 年一些發(fā)達(dá)國家單片 SCF 已成為商品（屬于高度保密技術(shù)）。現(xiàn)在 SC 技術(shù)已趨成熟 。 SCF 采用 MOS 工藝加以實(shí)現(xiàn)，被公認(rèn)為 80 年代網(wǎng)絡(luò)理論與集成工藝的一個(gè)重大突破。當(dāng)前 MOS 電容值一般為幾皮法至 100pF 之內(nèi)，它具有（ 10～ 100）106/V 的電壓系數(shù)與（ 10～ 100） 106/℃的溫度系數(shù)，這兩個(gè)系數(shù)幾乎接近理想的境界。 SCF 具有下列一些優(yōu)點(diǎn)： SCF 可以大規(guī)模集成； SCF 精度高，因?yàn)槠湫阅苋Q于電容之比，而 MOS 電容之比的誤差小于千分之一；功能多，幾乎所有電子部件和功能均可以由 SC 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)；比數(shù)字濾波器簡單，因?yàn)椴恍枰?A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換；功能小，可以做到小于 10mW。 SCF 的 應(yīng)用以聲頻范圍應(yīng)用為主體，工作頻率在 100kHz 之內(nèi)。在信號處理方面的應(yīng)用有：程控 SCF、模擬信號處理、振動(dòng)分析、自適應(yīng)性濾波器、音樂綜合、共振譜、語言綜合器、音調(diào)選擇、語聲編碼、聲頻分析、均衡器、解調(diào)器、鎖相電路、離散傅氏變換?? 總之， SCF 在儀表測量、醫(yī)療儀器、數(shù)據(jù)或信息處理等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。 在我國， 1978 年有的導(dǎo)師和在校研究生開始進(jìn)行這項(xiàng)研究工作，真正引起人們重視是 1980 年以后。 1983 年清華大學(xué)已制成單片 SCF，成都工程學(xué)院與工廠聯(lián)合，也研制成單片 SCF?，F(xiàn)在關(guān)鍵是用 MOS 工藝實(shí) 現(xiàn) SCF 及推廣應(yīng)用問題，由于用戶還不了解它，在我國 SCF 的應(yīng)用還沒有普及。 五、 SCF 還有許多課題有待研究 (1) 由于運(yùn)放和控制 MOS 開關(guān)的采樣頻率所限制，使得 SCF 只能在音頻范圍內(nèi)應(yīng)用。近年雖然出現(xiàn)無運(yùn)放的 SC 電路，但由于采樣頻率的限制，工作頻率最高只有在 1MHz 之內(nèi)。 (2) 非的 MOS 開關(guān)的溝道電阻以及非理想的運(yùn)放特性，均可使 SCF 造成誤差。 (3) 開關(guān)電容本身的寄生電容使 SCF 的頻響發(fā)生畸變。 (4) MOS 開關(guān)與 MOS 運(yùn)放的熱噪聲使 SCF 的動(dòng)態(tài)范圍受到限制。 最終要以 MOS 工藝來實(shí)現(xiàn)的 SCF， 由于它是時(shí)變網(wǎng)絡(luò)，要想用分立元件精確模擬是 不可能的，這樣，設(shè)計(jì)完善的 CAD 技術(shù)是解決這一問題的唯一手段。此外，在靈敏度分析、噪聲分析等方面均有許多課題有待研究。 六、幾種新型數(shù)字濾波器（ DF） (1)自適應(yīng) DF 最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和自學(xué)習(xí)控制都涉及到多參數(shù)、多變量的復(fù)雜控制系統(tǒng)，都屬于現(xiàn)代控制理論研究的課題。自適應(yīng) DF 具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自跟蹤功能。它在雷達(dá)和聲納的波束形成、緩變噪聲干擾的抑制、噪聲信號的處理、通信信道的自適應(yīng)均衡、遠(yuǎn)距離電話的回聲抵消等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展。 自 適應(yīng) DF 有如下一些簡單算法： W— LMS 算法、 M— LMS 算法、 TDO 算法、差值 LMS算法和 C— LMS 算法。 (2)復(fù)數(shù) DF 在輸入信號為窄帶信號處理系統(tǒng)中，常采用復(fù)數(shù) DF 技術(shù)。為了降低采樣率而又保存信號所包含的全部信息，可利用正交雙路檢波法，取出窄帶信號的復(fù)包絡(luò)，然后通過A/D 變換，將復(fù)包絡(luò)轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)序列進(jìn)行處理，這個(gè)信號處理系統(tǒng)即為復(fù)數(shù) DF。它具有許多功能： MTI 雷達(dá)中抑制具有卜勒頻移的雜波干擾；數(shù)字通信網(wǎng)與模擬通信網(wǎng)之間多路 TDM/FDM 信號變換復(fù)接?? (3)多維 DF 在圖像處理、地震、石油勘探的數(shù)據(jù) 處理中都用到多維 DF（常用是二維 DF），多維DF 的設(shè)計(jì)，往往將一維 DF 優(yōu)化設(shè)計(jì)直接推廣到多