滤波器的分类及特点-带通滤波器的设计
在开始讲之前，首先给大家留一个小问题。假如当前只能通过信号发生器输出了1KHz的方波，但是我们需要的是1KHZ的正弦波以及3KHZ的正弦波。并且只能通过硬件电路去实现，这个时候，你会怎么设计电路呢？这个问题我们最后再给大家解答下。
进入正题，滤波器的种类我想大家都明白，基本分为低通、高通、带通、带阻。如下图所示，在这4种之外，其实还有一种叫做全通，顾名思义就是通过全通滤波器，信号幅值没有任何改变，只有相位被改变。同时滤波器又分为有源滤波器和无源滤波器，这里的有源和无源，我相信很多人都搞不明白。其实简单来看，有源就是电路中涉及到有源器件，如运算放大器、三极管等。无源器件也就是电路中只有电感、电阻、电容这些。
下面，我们简单介绍一下无源滤波器-低通滤波器。如下图所示，我们通过基尔霍夫电压定理写出方程式，用传递函数表征其工作状态。通过简单的计算得出低通滤波器的截止频率。这样一来，对于简单的RC电路，就可以对一些高频的信号进行滤波。从而抑制干扰，降低噪声。
同样，对于高通、带通滤波器。通过简单的阻容拓扑即可搭建电路。这样的电路简单，但是问题在于无可控增益，滤波效果差。滤波误差也较大。对于滤波要求较高的场合，无源滤波器就不适用了。
有源滤波器设计起来其实也很简单，目前市场上有很多工具可以供大家选择。有filtersolution，TI的filterPro。这些工具设计起来简单方便，十分容易上手。建议大家下载下来自己摸索一下。5分钟即可学会操作方法以及流程。当然具体的讲解可以参考《ADC信号链第2部，高速模数混合电路设计》。
当然如上的滤波器设计方法比较傻瓜式，我们不能理解其含义，只能算是电路的搬运工了。如果要想通过计算、公式去设计电路，就需要对电路拓扑结构、电路响应曲线有很深的了解。比如滤波器的响应特性主要包含，贝塞尔、巴特沃兹、切比雪夫这三种，常用的电路拓扑包括：MFB（多路反馈），sallen-key滤波器。
我们通过基尔霍夫定律写出其输入与输出的电压关系，得到其传递函数。如下图所示。
然后通过传递函数的分析方法，对分母计算其极点，从而得出其截止频率，然后利用带宽/中心频率得出其品质因素Q。这样我们通过计算的方式来衡量当前设计的滤波器是否满足要求。这样的设计方法则更有利于大家对滤波器的深入了解。
所以，在这里建议大家，在刚开始学习滤波器设计时，尽量使用公式计算的方式来设计。这样不仅加深对滤波器设计每个参数得理解。同时对后面设计其他种类的滤波器也会做到knowhow。在遇到滤波器问题的时候，知道从哪里下手去解决这个问题。
最后，我们再回过头来看上面的问题，其实要解决1KHZ和3KHZ的问题，有源滤波器就是必须的。大家不妨自己动手设计几个滤波器，然后通过仿真软件来实现上面的功能，同时这一个功能也曾经是某一届全国大学生电子设计竞赛的二轮赛题。可想而知，在比赛现场无法使用电脑的情况下，我们只能通过计算电路参数来完成作品。所以基础的东西需要牢牢记住。
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