什么是滤波器？滤波器的发展过程，滤波器的分类

有关滤波器的知识，滤波器的过去、现在与未来，滤波器的发展过程，滤波器的主要种类，滤波器可以按处理信号类型分类，按选择物理量分类，按频率通带范围分类等。

滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电。

可以通过基本的滤波器积木块——二阶通用滤波器传递函数，推导出最通用的滤波器类型：低通、带通、高通、陷波和椭圆型滤波器。

传递函数的参数——f0、d、hHP、hBP 和hLP，可用来构造所有类型的滤波器。转降频率f0为s项开始占支配作用时的频率。

设计者将低于此值的频率看作是低频，而将高于此值的频率看作是高频，并将在此值附近的频率看作是带内频率。

阻尼d用于测量滤波器如何从低频率转变至高频率，它是滤波器趋向振荡的一个指标。

实际阻尼值从0至2变化(表1)。高通系数hHP是对那些高于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。

带通系数hBP是对那些在转降频率附近的频率起支配作用的分子的系数。

低通系数hLP是对那些低于转降频率的频率起支配作用的分子的系数。设计者只需这5个参数即可定义一个滤波器。

凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。【什么是滤波器？滤波器的发展过程，滤波器的分类】

在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。

滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。50年代无源滤波器日趋成熟。

自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向，导致RC有源滤波器 、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展。到70年代后期，上述几种滤波器的单片集成被研制出来并得到应用。

80年代致力于各类新型滤波器性能提高的研究并逐渐扩大应用范围。

90年代至今在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。

当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。

我国广泛使用滤波器是50年代后的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。

经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产应用等方面已有一定进步，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使许多新型滤波器的研制应用与国际水平有一段距离。

1、按处理信号类型分类

滤波器可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类。

其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类。当然，每个分类又可继续分下去，总之，它们的分类可以形成一个树形结构。

2、按选择物理量分类

滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择(例如PCM制中的话路信号)和信息选择(例如匹配滤波器)等四类滤波器。

3、按频率通带范围分类

滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。

滤波器种类繁多，下面着重介绍近年来发展很快的几种滤波器。

有源滤波器由下列一些有源元件组成：运算放大器、负电阻、负电容、负电感、频率变阻器(FDNR)、广义阻抗变换器(GIC)、负阻抗变换器(NIC)、正阻抗变换器(PIC)、负阻抗倒置器(NII)、正阻抗倒置器(PII)、四种受控源，另外，还有病态元件极子和零子。

1965年单片集成运算放大器问世后，为有源滤波器开辟了广阔的前景，到70年代初期，有源滤波器发展最为注目，1978年单片RC有源滤波器问世，为滤波器集成迈进了可喜的一步。

由于运放的增益和相移均为频率的函数，这就限制了RC有源滤波器的频率范围，一般工作频率为20KHz左右，经过补偿后，工作频率也限制在100KHz以内。

1974年产生了有源滤波器，使工作频率可达GB/4(GB为运放增益与带宽之积)。

由于R(电阻)的存在，给集成工艺造成困难，于是又出现了有源C(电容)滤波器：就是说，滤波器由C和运放组成。

这样容易集成，更重要是提高了滤波器的精度，因为有源C滤波器的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关。

但它有一个主要问题：由于各支路元件均为电容，所以运放没有直流反馈通道，使稳定性成为难题。

1982年由Geiger、Allen和Ngo提出用连续的开关电阻(SR)去替代有源RC滤波器中的电阻R，就构成了SRC滤波器，它仍属于模拟滤波器。

但由于采用预置电路和复杂的相位时钟，这种滤波器发展前途不大。【什么是滤波器？滤波器的发展过程，滤波器的分类】

总之，以RC有源滤波器为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q值可达1000，克服了RLC无源滤波器体积大、Q值小的缺点。

但它仍有许多课题有待进一步研究：理想运放与实际特性的偏差；由于有源滤波器混合集成工艺的不断改进，单片集成有待进一步研究；应用线性变换方法探索最少有源元件的滤波器需要继续探索；元件的绝对值容差的存在，影响滤波器精度和性能等问题仍未解决；由于R存在，占芯片面积大、电阻误差大(20~30%)、线性度差等缺点，大规模集成仍然有困难。

开关电容滤波器(SCF)

80年代技术改造一个重大课题是实现各种电子系统全面大规模集成(LSI)，使用最多的滤波器成为"拦路虎"，RC有源滤波器不能实现LSI，无源滤波器和机械滤波器更不用说。人们只能另辟新径。

50年代有人提出SCF的概念，由于当时集成工艺不过关，并没有引起人们的重视，直到72年，美国一个叫Fried的科学家用开关和电容模拟电阻R，说SCF的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关，这样才引起人们的重视。