FilterPro Desktop 软件全面教程
FilterPro 是由德州仪器推出的一款免费、专业的有源滤波器设计软件，它主要用于快速设计和仿真各种类型的有源滤波器，如巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等，并可以自动生成 TI 模拟器件（如 OPA、THS 等运放）的原理图和物料清单。
第一部分：软件概览与安装
软件简介
- 功能：设计二阶、四阶、六阶和八阶的有源滤波器。
- 支持类型：低通、高通、带通、带阻。
- 支持响应：巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔、椭圆。
- 核心优势：图形化界面操作、实时仿真、自动生成电路图和 BOM、内置 TI 运放模型。
软件获取与安装
- 下载：访问德州仪器官网，搜索 "FilterPro Desktop" 或在 TI 的模拟设计工具页面找到下载链接。
- 安装：下载完成后，运行安装程序，按照向导提示完成安装即可,软件是免费使用的。
第二部分：界面初识
打开 FilterPro,您会看到以下几个主要区域：
- 菜单栏：包含文件、编辑、视图、电路、帮助等标准菜单。
- 工具栏：提供常用功能的快捷按钮，如新建、打开、保存、运行仿真等。
- 滤波器规格区：这是设计的核心区域,用于设置您的滤波器需求。
- 电路图显示区：实时显示根据您的规格生成的滤波器电路原理图。
- 频率响应曲线图：实时显示滤波器的频率响应曲线,直观展示滤波效果。
- 仿真结果/信息区：显示详细的仿真数据，如截止频率、增益、相位等，以及生成的 BOM 表。
第三部分：核心设计流程（以设计一个低通滤波器为例）
我们将通过一个完整的实例，一步步演示如何使用 FilterPro 设计一个四阶巴特沃斯低通滤波器。
设计目标
- 滤波器类型：低通
- 阶数：4阶
- 响应类型：巴特沃斯
- 截止频率 (-3dB)：1 kHz
- 增益：1 V/V (0 dB)
- 运放：使用 TI 的通用运放 OPA2134
启动新设计并设置基本规格
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打开 FilterPro,软件会自动创建一个新项目。
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在 滤波器规格区,进行如下设置：
（图片来源网络，侵删）- Filter Type (滤波器类型): 选择
Lowpass(低通)。 - Implementation (实现方式): 选择
Multiple Feedback (MFB)或Sallen-Key，两者都是经典结构，MFB 通常对运放增益带宽要求较低，Sallen-Key 结构更直观，我们先选择Sallen-Key。 - Response (响应类型): 选择
Butterworth(巴特沃斯),因为它在通带内最平坦。 - Order (阶数): 选择
4,软件会自动将其分解为两个二阶节。 - Passband Gain (通带增益): 输入
1,表示单位增益。
- Filter Type (滤波器类型): 选择
设置频率与响应参数
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Cutoff Frequency (-3dB) (截止频率): 输入
1 kHz。 -
Stopband Frequency (阻带频率): 输入
10 kHz,这是您希望信号开始被显著衰减的频率点。 -
Stopband Attenuation (阻带衰减): 输入
40 dB，表示在 10 kHz 处，信号幅度要衰减到原来的 1/100。-
注意：FilterPro 会根据您设置的截止频率、阻带频率和衰减要求，自动计算并调整滤波器的阶数，如果您之前手动设置了 4 阶，这里的参数可能会与您的手动设置冲突，为了精确控制，通常建议先只设置截止频率和增益，让软件自动计算阶数，如果阶数不符合要求,再手动调整阶数并微调其他参数。
（图片来源网络，侵删） -
修正操作：为了演示，我们回到只设置
Cutoff Frequency = 1 kHz和Gain = 1，软件会自动生成一个 4 阶的电路。
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选择运放
- 在规格区找到 Op Amp (运算放大器) 选项。
- 点击下拉菜单，选择
TI Op Amps。 - 在搜索框中输入
OPA2134,然后从列表中选择它。 - 软件会自动加载 OPA2134 的 SPICE 模型,用于后续的精确仿真。
生成与查看电路
完成以上设置后，电路图显示区会自动生成完整的滤波器电路。
- 您会看到一个由两个二阶 Sallen-Key 滤波器级联而成的电路。
- 每个二阶节都包含两个电阻、两个电容和一个运放。
- 软件会自动计算出所有元器件的精确值（通常是标准 E96 系列的标称值）,并标注在图上。
运行仿真与查看结果
- 点击工具栏上的 运行仿真按钮（通常是一个绿色的播放图标）。
- 频率响应曲线图会更新，显示仿真结果。
- 您可以直观地看到曲线在 1 kHz 处下降约 3dB。
- 在 10 kHz 处,您可以检查衰减量是否满足设计要求。
- 曲线图通常支持缩放、平移，以及查看鼠标所在点的具体频率、增益、相位等数据。
- 仿真结果/信息区会显示详细的性能指标，如：
- 实际的 -3dB 频率
- 通带纹波
- 相位延迟
- 阶跃响应等
导出设计
当您对设计结果满意后,可以将其导出。
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生成物料清单：
- 点击菜单
Circuit->Generate Bill of Materials。 - 软件会弹出一个窗口，列出电路中所有元器件的型号、数量、描述和 TI 零件号，您可以将此列表复制到 Excel 或其他文档中。
- 点击菜单
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导出电路图：
- 右键点击电路图显示区，选择
Copy或Export to Bitmap。 - 您可以将电路图复制到 Word、PPT 等文档中,或保存为图片文件。
- 右键点击电路图显示区，选择
-
保存项目：
- 点击
File->Save，将您的设计项目保存为.fp文件,方便日后修改和复用。
- 点击
第四部分：进阶技巧与常见问题
改变电路结构
如果您不喜欢 Sallen-Key 结构，可以在 Implementation 中选择 Multiple Feedback，软件会自动重新生成 MFB 结构的电路，并重新计算元器件值，您可以对两种结构进行仿真比较,选择性能更优或更易于采购元器件的方案。
手动调整元器件值
软件计算的值是理论最优值，但您可能需要使用手头现有的标准电容值,您可以：
- 在电路图上双击某个电容或电阻的值。
- 在弹出的对话框中，手动输入一个您拥有的标准值（如 10nF, 22kΩ）。
- 软件会自动重新计算其他元器件的值，以尽可能保持原有的滤波特性，并在频率响应图上显示调整后的曲线,方便您评估影响。
常见问题与解决方法
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Q: 仿真结果与理论值偏差很大？
- A: 首先检查您选择的运放模型，如果运放的增益带宽积不够，高频响应会受到影响，尝试选择一个带宽更高的运放，或者查看运放的数据手册，确认其 GBW 是否满足您的设计需求（经验法则：GBW > 100 截止频率 增益）。
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Q: 软件提示 "Op Amp not found" 或无法加载模型？
- A: 确保您安装了软件的最新版本，或者您选择的运放型号在 FilterPro 的库中不存在，可以尝试在 TI 官网查找该运放的 SPICE 模型，并手动导入（如果软件支持此功能）。
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