由于其對低于其截止頻率的所有頻率施加等量的延遲的特性，貝塞爾線性相位濾波器適用于音頻應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，需要在不降低多頻帶內(nèi)信號相位關(guān)系的情況下消除帶外噪聲。此外，貝塞爾濾波器的快速階躍響應(yīng)和無過沖或振鈴，使其成為音頻DAC輸出的平滑濾波器或音頻ADC輸入的抗混疊濾波器的絕佳選擇。貝塞爾濾波器還可用于分析D類放大器的輸出，并消除其他應(yīng)用中的開關(guān)噪聲，以提高失真和示波器波形測量的準(zhǔn)確性。

盡管貝塞爾濾波器在其通帶內(nèi)提供平坦的幅度和線性相位（即均勻群延遲）響應(yīng)，但它的選擇性比相同階數(shù)或極點數(shù)的巴特沃斯或切比雪夫濾波器差。因此，為了達(dá)到給定的阻帶衰減水平，您需要設(shè)計一個更高階的貝塞爾濾波器，這反過來又需要仔細(xì)選擇放大器和元件，以實現(xiàn)最低水平的噪聲和失真。

圖1 圖中顯示了高性能、八階、30kHz、低通貝塞爾濾波器的原理圖。此設(shè)計使用標(biāo)準(zhǔn)值用于 1% 容差電阻和 5% 容差陶瓷電容器。作為替代方案，您可以使用容差為10%的電容，但代價是通帶內(nèi)的群延遲方差增加。為獲得最佳效果，請使用溫度穩(wěn)定的電容器。

圖1 兩個雙通道運算放大器和少量無源器件可實現(xiàn)一個高性能、八階、30kHz低通貝塞爾濾波器。

在此應(yīng)用中，濾波器處理在地上和地以下擺動的音頻信號，其放大器從正負(fù)±2.5V電源獲取電源。軌到軌輸出能力有助于在這些低電源電壓下實現(xiàn)最大輸出電壓擺幅。為了在高質(zhì)量音頻服務(wù)中實現(xiàn)高SNR，放大器必須表現(xiàn)出單位增益穩(wěn)定性和低固有噪聲。例如，ADI公司的低噪聲、精密CMOS雙通道運算放大器AD8656可滿足所有這些要求。

將放大器連接為反相增益級可保持恒定的輸入共模電壓，并有助于將失真降至最低。在整個電路中使用小于1 kΩ的電阻可降低電阻的熱噪聲貢獻(xiàn)。每個AD8656放大器的貢獻(xiàn)小于3
內(nèi)華達(dá)州/ 30 kHz帶寬上的噪聲，以及30 kHz帶寬上的總噪聲測量值小于3.5 μV rms。對于1V rms輸入信號，電路產(chǎn)生的SNR優(yōu)于109 dB，對于1 kHz、1V rms輸入信號，電路產(chǎn)生的THD+N（總諧波失真加噪聲）因子優(yōu)于0.0006%。

圖2 顯示了濾波器對1V-rms輸入信號的測量幅度響應(yīng)。對于高達(dá)20 kHz的頻率，濾波器的通帶增益為0 dB，在1.2 dB以內(nèi)持平。八階貝塞爾在 30 kHz 時的 –3 dB 點在 300 kHz 時呈現(xiàn) –110 dB 的理論衰減，在較高頻率下在 –160 dB/十倍頻程時減小。該特性可充分衰減開關(guān)模式電源和其他電源引起的重復(fù)噪聲，這些噪聲通常發(fā)生在300 kHz或更高的頻率下。

圖2 圖1中電路的測量幅度與頻率響應(yīng)顯示了右縱軸上的刻度變化。

圖3 說明了濾波器的相移及其群延遲，即使在高達(dá)40 kHz的頻率下，其頻率也保持在大約17 μsec的相對恒定。注意線性刻度 圖3 的頻率軸，清楚地說明了濾波器在通帶內(nèi)的線性相位行為。以下 方程 群延遲定義為相移相對于頻率的負(fù)偏導(dǎo)數(shù)：

群延遲= –δφ/δf。

圖3 在直流至30 kHz的通帶內(nèi)測量，貝塞爾濾波器的相移和群延遲特性顯示出出色的均勻性和線性度。

直流時，電阻 R1 將濾波器的輸入電阻設(shè)置為383Ω。如果您的應(yīng)用需要更高的輸入阻抗，則可以在濾波器之前插入一個單位增益緩沖器，但代價是會增加失真和噪聲。對于需要采用±15V電源供電的應(yīng)用，請將AD8656替換為更高電壓的放大器，例如ADI公司的低失真、低噪聲（3.8 nV/），雙運算放大器。