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BUF634在高频滤波器中设计方法的实现与改进

2015-10-29 10:08 来源:学术参考网 作者:未知

论文摘要:本文介绍了某型飞机机载高频滤波器的设计方法与工作原理,在此基础上对芯片BUF634的使用方法进行了阐述,并对实际应用中存在的问题进行分析,提出了改进方法。实验验证证明,该方法简单有效,适用范围广。
论文关键词:高频,滤波器
  1引言
  高频滤波器是为某型飞机设计的机载设备,用于将飞机数据采集设备输出的高频PCM信号进行滤波,滤波后的信号传送给机载遥测发射机,发射到地面接收系统,供地面工程师进行数据的分析和处理。
  2滤波器设计及工作原理
  2.1滤波器设计
  滤波器的最高截止频率达到10MHz(Fc-3dB±6%),输入信号电气特性为RS-422,单端输出,输出阻抗为50Ω±5Ω。高频高压电路是模拟电路设计中的难点,为了满足技术需求,滤波器设计选用六阶贝塞尔滤波电路,高频、高精度放大器芯片,决定滤波频率值的电阻电容的选用遵循高精确度和较小温飘的原则。
  滤波器由以下几部分电路组成:PCM信息的适配-接收电路、贝塞尔滤波器电路、偏置调节电路、输出电平调节电路和输出电路。
  组成框图如图1所示。
  PCM信号
  图1滤波器组成框图
  2.2工作原理
  PCM信号以差动形式进入“PCM信息适配-接收”模块,转换为单端输出后,进入“贝塞尔滤波器电路”进行滤波,滤波之后的信号进入“偏置调节电路”,对信号电平的平衡点进行调节,经过偏置调节后的信号进入“输出电平调整电路”,对信号的峰值进行调整,信号最后进入“输出电路”在输出电路中按要求输出。
  3BUF634设计方法
  芯片BUF634的输出电流为250mA,具备较强的驱动能力。压摆率为2000V/uS,带宽范围可达30MHz~180MHz,完全可以满足滤波器的技术指标。在滤波器的设计中共有两处电路使用了BUF634:一处在信号进入滤波通道前即适配接收电路;另一处在最后的电路输出部分。本文主要讨论BUF634在电路输出中的设计应用及改进方法。
  在电路设计中,BUF634与运放共同使用方法,典型的设计方法包括闭环和开环两种,如图2、图3所示。
  
  图2闭环典型电路图
  
  图3开环典型电路图
  综合考虑两种设计方法,在高频滤波器的输出电路中,电路图的设计如图4所示。其中,R1、R2为预留位置,供调试使用,R1、R3接有电阻时为闭环接法,R1、R2接有电阻时为开环接法。
  
  图4输出电路图
  输出电路由一个反相器、一个电压跟随器和若干电阻组成,输出端并接4个200Ω电阻,使得输出阻抗满足技术要求规定。
  4存在问题及设计方法改进
  4.1存在问题
  在进行电路调试过程中,首先将BUF634和运放连接为闭环电路,即R2拆除,测试滤波器在没有输入的情况下出现输出,也就是存在自激现象。为了排除此现象,将R1、R3拆除,此时芯片BUF634处于隔离状态,检测仍有自激现象。通过分析,调整前级运放种类和周围电阻值电容值,消除自激。
  通过实验,在消除自激的情况下,使用闭环电路的波形失真较开环时严重,因此将R1拆除,采用开环接法。
  调试过程中,设备工作一段时间后在BUF634前后两端出现了不同的抖动现象:前端信号整体上下抖动,而且这种情况在前级电路中也存在;后端的输出信号上出现了干扰信号而且幅值逐渐增强。
  4.2原因分析
  BUF634在适配接收在之前的电路也有应用,但没有出现类似情况。将两处电路进行比较,分析其不同之处在于工作电压不同。在出现问题的输出电路中,BUF634的工作电压较高,同时芯片温度异常,由于之前已将BUF634的自激现象排除,故初步判断是BUF634的发热量过大造成抖动。
  进一步分析设备性能,滤波器在输入信号为10MHz时,输出电压在空载情况下达到10V,在这种高频高压的工作情况下,驱动器发热量大。较高的发热量造成器件自身的热噪声对最终的输出信号产生影响。此外,由于设备壳体体积和内部空间较小,散热困难,造成设备在工作一段时间特别是在高温情况下,输出信号出现抖动。
  4.3设计改进
  由于在电路设计中并未考虑到此种情况,没有采取任何预防及散热措施,因此解决问题的方法只能在不改变电路结构的情况下,改进BUF634的使用方法,增加必要的散热措施。
  经过分析讨论,有两种方法可供选择:
  1、改用直插式封装。之前的电路中BUF634是贴片式封装,器件自身散热能力不强。可以使用垫片,将贴片式芯片焊在垫片上,同时将垫片垫高,相当于将器件封装改为直插式,便于散热。
  2、在BUF634和电路板之间贴上铜箔,铜箔再与设备外壳相连。这样就可以将芯片的热量通过铜箔导出。
  对两种方法进行实验验证,发现:第一种方法虽然解决了散热问题,但影响了设备的抗振性能,在进行振动实验时,存在松动或掉落的几率,增加了设备的不可靠性。第二种方法比较合理,但在焊接时需要一定技巧,器件要把铜箔与电路板压紧,并且需要在器件上点胶以便加固。采取此种方法后,BUF634前后的抖动现象都已解决。
  5结论
  文章对高频滤波器的组成和设计原理进行了介绍,着重剖析了芯片BUF634的使用方法,根据电路调试中出现的问题,提出了改进并加以实现。通过验证,采用该方法后提高了设备的可靠性和工作稳定性,也为之后同类产品的设计和芯片的使用奠定了基础,具备较强的实用性和较广的应用范围。
参考文献
1 D.E.约翰逊, J.L.希尔伯恩. 有源滤波器的快速实用设计[M]. 北京:人民邮电出版社,1980.6
2 周良权.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,1994.
3 林春方.高频电子线路[M]. 北京:电子工业出版社,2007.1

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