BUF634在高频滤波器中设计方法的实现与改进

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