アクティブローパスフィルター—どの周波数に適していますか？

The Art of Electronics、第3版（LC Butterworthフィルター）の付録Eは、「アクティブフィルターは低周波数では便利ですが、高周波数では実用的ではない」と述べています。彼らは「100kHz以上の周波数では、最良のアプローチはパッシブLCフィルターです」と言います（両方の場合で言い換え）。

私の最初の質問： 本当に？ アクティブフィルターを実用的にするには、すでに100kHzでも高すぎますか？

私は、高帯域幅と高スルーレートのオペアンプは高価になる可能性があることを理解しており、一般的なケースでは「実用的」ではありませんが、1MHzのカットオフ、1kΩのTトポロジーなどのローパスLCフィルタ負荷は数百μH程度のインダクタを必要とすることになります---歪み（磁気コアの飽和とヒステリシス）を回避する必要がある場合、その範囲の空心インダクタでは全体がかなり実用的ではありません。

質問2は次のようになります。たとえば、10 MHz未満のカットオフ周波数は、Sallen-Key 2次ローパスフィルターには高すぎますか？

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

理想的なケースの観点から分析すると（オペアンプが常に線形動作内にあると仮定して）、オペアンプの3つのピンすべてがローパス出力信号の影響を受けます-10 MHz未満のカットオフ周波数は確かにそうではありません問題（帯域幅もスルーレートもありません）。入力容量は大きな問題ではありません--- Rが1kのオーダーで、コンデンサは数十pFから数百​​pFのオーダーです---オペアンプの入力を作るのに十分な大きさですキャパシタンスは無視できます。

私が見落としている他の実用的な問題はありますか？数MHzのオーダーのカットオフを持つアクティブなフィルターが必要な場合、私は現実的ですか？（価格設定は問題ではありません--- 10ドルまたは20ドルの範囲のオペアンプが必要な場合、それで問題ありません）

あなたの分析は良いと思います。パフォーマンスをまったく心配せずに3 MHz付近をカットするサレンキー4次フィルターを作成しました。10 MHzが達成できないとは思わない。

オペアンプの選択がすべてです。ユニティゲインステージでは、ゲインが0.99を下回ったところ（たとえば）を確認し、それを制限周波数と見なすのは簡単です。一方、オペアンプの出力インピーダンスは通常、MHz領域に入るにつれて悪化するため、クリッピングやずさんな動きをせずにピーク電流を供給できることを確認する必要があります。

また、スルーレートの制限も考慮する必要がありますが、私が知る限り、それはそれに関するものです。

The Art of Electronics, 3rd Edition1980年に最初に公開されて以来、そのセクションの更新を行わなかった可能性は十分にあります。

私の最初の質問：本当に？アクティブフィルターを実用的にするには、すでに100kHzでも高すぎますか？

いいえ、100kHzは何もありませんが、それはすべてオペアンプに依存します。ある時点で、ゲイン帯域幅積が問題を引き起こします。1MHzまたは10MHz GBWPのオペアンプ（AofEの初版の時点で一般的だったかもしれませんが、多分彼らはそれを更新しなかったので、私が考えているのでエディションを比較します）理不尽すぎるように聞こえます。フィルタリングを1、2回行うだけで、帯域幅がユニティゲインを下回るためです。ローパスフィルターはバンドパスのように見えます。

私が見落としている他の実用的な問題はありますか？数MHzのオーダーのカットオフを持つアクティブなフィルターが必要な場合、私は現実的ですか？（価格設定は問題ではありません--- 10ドルまたは20ドルの範囲のオペアンプが必要な場合、それで問題ありません）

50MHzを超えるフィルタリングが本当に必要な場合は、コンデンサのESRとESLがフィルターポールに影響を及ぼし、高周波で独自のフィルターポールを作成するため、寄生要素をモデル化する必要があります。可能であれば、スパイスパッケージを使用してください。GBWPが十分に高いことを確認してください。最近では、+ 100MHzの範囲で動作するオペアンプを入手するのは難しくありません。

高周波でのサレンキートポロジの主な問題は、オペアンプの出力インピーダンスが上昇するため、2Cコンデンサを介した入力信号のフィードフォワードを制御できず、阻止帯域が破壊されることです。

TIには、10MHz設計のアプリケーションノートがあります。THS4001低コスト270 MHz -3dBオペアンプに基づいています。

オペアンプのオープンループ出力インピーダンスは、50Ω信号発生器よりもはるかに高くなっています。これにより、短絡保護で安定します。高いGBWは、Zout = Zoc / GBWを下げるために使用されます。ブレッドボードのESL（0.5nH / mm）と浮遊容量を最小限に抑える必要があります。

150 MHz GBWでは、5 pf、10 pFで1 k Rを使用できます。

私は彼らのデザインを読みませんでした。

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/sloa032/sloa032.pdf

フィルターを設計するには、これらの仕様を最初に検討する必要があります。

Source impedance \$Z_S(f)\$   
Load Impedance \$Z_L(f)\$   
Gain   -3 dB passband \$f_p\$    
Loss   @ \$f_s\$stop band edge   e.g. \$  ~-dB~ @ ~2*f_p, 10*f_p\$    
 ..  or order of filter    
% load regulation error = % Output/Load impedance ratio ( for low % )    
Phase shift in passband, group delay  
Noise, supply power  
Output swing and slew rate limit