滤波器设计指南及改进

视频滤波器是被放大器包围的无源 LC 电路。目前可以通过将放大器与 RC 滤波器相结合来实现更小、更高效的设计。此外，20 世纪 60 年代开发的灵敏度分析和预失真方法克服了早期视频滤波器因性能不佳而名声不佳的问题。

本文档介绍了过滤器的基本原理及其特性。更重要的是，展示了视频应用的滤波器设计指南以及如何改进它。

高性能运算放大器和 PC 专用软件可实现宽带有源滤波器的设计，但这些优点并不能满足任何特定应用的要求。对于视频滤波器，特定的应用和信号格式为每个电路设计增加了细微差别。

相位线性度和群延迟

滤波器的相位线性度被指定为包络延迟或群延迟 (GD) 与频率的关系。平坦的群延迟表示所有频率都延迟相同的量，从而保留了时域中波形的形状。因此，群延迟并不像群延迟的变化那么重要。称为通道间变化的单独规范，被指定为“时间重合”，不应与群延迟混淆。

虽然对于视频来说并不理想，但多少群延迟变化是可以接受的，为什么？答案取决于应用程序和视频格式。例如，ITU-470 非常宽松地规定了复合视频的群延迟。然而，ITU-601 对其进行了严格规定，以确保 MPEG-2 压缩的世代稳定性以及在串行化之前控制相位抖动。

抗混叠滤波器的设计

对于抗混叠滤波器，选择性由 ITU-601 的模板决定，如图 1 所示。指定带宽为 5.75MHz ±0.1dB，插入损耗在 6.75MHz 时为 12dB，在 8MHz 时为 40dB，并且在 0.1dB 带宽上群延迟变化为 ±3ns。对于单独的模拟滤波器来说，这样的性能太难了，但 4 倍过采样将要求修改为 27MHz 时为 12dB，32MHz 时为 40dB。

使用软件或归一化曲线8，可以发现-3dB带宽为8.45MHz的5极巴特沃斯滤波器满足选择性要求，但不能满足群延迟要求。对于后者，需要一个延迟级，其中重要的运算放大器参数是 0.1dB、2VP-P 带宽9。该数字应该用在方程 1 和 2 中以获得准确的设计。该应用的原理图基于 4 倍过采样，其中曲线显示了其增益和群延迟特性（图 2）。

接下来考虑 PC 视频。VESA 没有指定抗锯齿或重建滤波器的模板。XGA 分辨率（85Hz 时为 1024 x 768）的采样率为 94.5MHz，奈奎斯特频率为 47.25MHz。为了在奈奎斯特频率处实现 > 35dB 的衰减，使用 Rauch 实现的 20MHz、4 极巴特沃斯滤波器。同样，选择MAX4450/MAX4451是因为它们具有出色的瞬态响应和大信号带宽(2VP-P时为175MHz)。