Analog Filter Wizard Design Tool: trova l’amplificatore giusto per il tuo filtro

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di Kushwanthi Padmanabhuni

 

La selezione dei componenti gioca un ruolo essenziale in qualsiasi progetto. Prima che venga dato il benestare alla produzione, è essenziale verificare (mediante la simulazione e la realizzazione di prototipi) se la scelta è caduta sui dispositivi più adatti allo scopo.

 

 

 

Fino a che punto sei certo di aver scelto i componenti più adatti al tuo progetto? Cosa ne diresti di uno strumento per perfezionare le scelte prima di passare alle simulazioni?

L’Analog Filter Wizard è uno strumento di progetto di tipo pratico basato su amplificatori operazionali reali. Elimina definitivamente la necessità di cercare aiuto e consigli nella progettazione di filtri passa-basso, passa-alto o passa-banda dalle specifiche desiderate, abbreviando anche i tempi di sviluppo (Figura 1). Inoltre fornisce un’analisi critica sulle prestazioni teoriche e pratiche del filtro.

 

Figura 1. Selezione del Tipo di Filtro.

 

Come funziona, quindi? Le indicazioni fornite riguardano soltanto le definizioni di banda-passante e frequenza di taglio? No, c’è molto di più. Il programma affronta l’intero processo di progettazione, che parte dalla definizione delle specifiche fino ad arrivare alla caratterizzazione della risposta del filtro, come illustrato nella Figura 2. Quest’opzione vi consente di scegliere il tipo di risposta del filtro (come Butterworth, Bessel, Chebyshev, etc.), che definisce la transizione dalla banda-passante alla banda di blocco. Vi permette anche di scegliere tra le varianti con il minimo numero di stadi  e le varianti con la maggiore velocità di risposta.

Figura 2. Definizione delle specifiche nella finestra Magnitude

 

Con una varietà di finestre disponibili, quali Magnitude, Phase, Step Response, Power, e Noise, lo strumento vi consente di verificare l’aumento delle prestazioni al variare delle specifiche. Come illustrato in Figura 2 e Figura 3, le viste Magnitude e Phase vi aiutano a comprendere gli effetti che fase e ampiezza possono avere sul segnale elaborato dal filtro.

 

Figura 3. La finestra Phase.

 

La finestra Stages mostra gli stadi di filtraggio e le rispettive caratteristiche (Figura 4). Fornisce anche un valido aiuto nella comprensione del filtro, stadio per stadio.

Figura 4. Stadi del filtro.

Le caratteristiche di overshoot e ringing definiscono la distorsione della forma d’onda, che può essere analizzata attraverso la risposta al gradino del filtro ottenuta dalla finestra Step Response

Figura 5. Risposta al Gradino del filtro.

 

Dopo aver considerato le caratteristiche sotto un profilo teorico, il passo successivo è quello di progettare il circuito, come illustrato in Figura 6. Qui il programma suggerisce delle scelte basate sul tipo di ottimizzazione richiesta (come tensione di alimentazione, rumore, o intervallo dinamico). Avete la possibilità di scegliere tra le parti consigliate dal software oppure quelle di vostra preferenza.

Figura 6. Scelta del Componente.

 

Dato che lo strumento sceglie i componenti con le caratteristiche che si avvicinano maggiormente alle specifiche fornite dall’utente, potrebbe risultare difficile o poco pratico trovare e utilizzare esattamente il componente consigliato. Pertanto, la funzione Component Tolerances vi dà la possibilità di scegliere le tolleranze da applicare a resistenze e condensatori (Figura 7). Contestualmente, potete anche osservare gli effetti provocati dall’introduzione di queste tolleranze sulle prestazioni del filtro stesso.

Figura 7. Definizione della tolleranza del componente.

 

La Figura 8 mostra lo schema finale del filtro con l’utilizzo del giusto amplificatore, per cui potete procedere alla simulazione circuitale o alla prototipazione.

Figura 8. Circuito finale.

 

Il vero valore aggiunto di questo strumento consiste nella possibilità di verificare l’aumento delle prestazioni a ogni singolo passaggio, dalla definizione delle specifiche a quella delle tolleranze. Queste caratteristiche vi permettono di perfezionare il vostro progetto passo dopo passo, con un maggiore livello di flessibilità che vi porta a ottimizzare il circuito in un numero di passi sempre più ridotto, risparmiando preziose energie.

Cliccando il link che segue potrete provare subito il programma!
analog.com/designtools/en/filterwizard/

 

Quiz:

Domanda 1:

Progettate un filtro passa-basso a due stadi tipo Butterworth con le seguenti specifiche: frequenza di taglio a 1 MHz, frequenza di blocco a 3 MHz, guadagno di 0 dB. Ottimizzate il progetto per un basso livello di rumore e alimentazione a ±5 V. Utilizzate le tolleranze di default sui componenti e gli amplificatori raccomandati dallo strumento.

Qual è l’assorbimento complessivo a riposo del filtro?

Domanda 2:

Progettate un filtro passa-basso a due stadi di tipo Chebyshev del 4° ordine con un ripple in banda di 0,08 dB e un filtro Butterworth del 4° ordine con le stesse caratteristiche, per confrontarli.

Quale dei due ha la transizione di banda più stretta?

Troverete le risposte su  StudentZone blog.

 

 

 

 

 

 

Kushwanthi Padmanabhuni [kushwanthi.padmanabhuni@analog.com] è applications engineer presso l’European Centralized Applications Center, che fornisce supporto nei campi della misura e strumentazione di precisione. Ha iniziato la propria carriera come graduate trainee in Analog Devices nel mese di Agosto 2015 e lavora nella sede di Monaco. Ha conseguito un master in meccatronica e una laurea in elettronica e tecnica delle comunicazioni.

 

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