Herramientas para el diseño de filtros analógicos
Los filtros analógicos son un módulo fundamental de muchos sistemas, ya sea para procesar una señal o para cualquier otra función, como eliminar ruidos no deseados.
Hay cuatro configuraciones básicas para filtros analógicos:
- Paso alto: permite el paso de las frecuencias altas y bloquea las bajas.
- Paso bajo: permite el paso de las frecuencias bajas y bloquea las altas.
- Paso banda: permite el paso de frecuencias que estén dentro de un determinado rango.
- Rechazo de banda o notch: elimina un determinado rango de frecuencias.
Un filtro sencillo puede estar compuesto únicamente por componentes pasivos (bobinas, condensadores y resistencias o LCR), aunque suelen tener también un AO para mejorar el rendimiento y la flexibilidad.
Al diseñar un filtro, hay varios parámetros importantes para definir su rendimiento (imagen 3), como la frecuencia a la que empezará a funcionar (corte) o el ritmo al que bloqueará las frecuencias no deseadas (pendiente). Otro parámetro importante es la «calidad» (denominada Q), que define el grado de cercanía con respecto a la respuesta teórica e ideal.
A los ingenieros se les enseña una amplia variedad de diseños clásicos para filtros. Por ejemplo, los filtros de Butterworth tienen una respuesta plana en frecuencia en el filtro paso banda, mientras que los filtros de Chebyshev aportan una pendiente más rápida, pero con una mayor ondulación, en los filtros paso banda o de rechazo de banda (imagen 4).
Al diseñar cualquier filtro, la función de transferencia se define por la bobina (L), el condensador (C) y la resistencia (R) o por la frecuencia de corte y la Q. Las impedancias y las frecuencias son números complejos, así que necesitamos resolver polinomios complejos para determinar sus valores. Además, el cálculo de la respuesta en fase es aún más complicado.
Empresas como Analog Devices o Texas Instruments ofrecen herramientas de cálculo en Internet para estos parámetros.
El Filter Wizard de Analog Devices (imagen 5) permite a los usuarios seleccionar de forma interactiva el tipo de filtro y la respuesta, además de definir los parámetros básicos. Permite usar y evaluar AO y la función de transferencia, y también puede trazar la respuesta de fase. El diseño se puede guardar en varios formatos, lo que incluye un modelo SPICE que, luego, se puede usar para hacer simulaciones.
La herramienta de diseño de filtros de Texas Instruments funciona de manera similar dentro del proceso de diseño y permite definir el tipo de filtro y los parámetros antes de guardar el diseño como modelo SPICE.
