BPF设计

目录实验目的--------------－－--－--－----------------------－---－---------－------------－-------－---－---－-－-----－－－--－------- 3实验要求--－-－-－--－-------------－----－---－-－---－-－--－------－--－----－－--－---------－－--－--－-－-－-------－------－－-------- 3实验原理------－---------－－－--－－-----－-－----－--－－-----－-－------－-－-－----－--－------－---------－-----－－-－-－－－--------－-- 3滤波器基础知识简介---－--－----------－－-----－--－---------－--－----－--－-－--－----－-－----------------－-- 3有源低通滤波器（LPＦ）--－-－－---------－--－----－－-－--------－--------------－--------－------－-－-－--- 4二阶压控型低通滤波器-－--－-----－-－----－-----－---－－－--------－－－-－-－－-----－--------－-------－－-－-－－ 4实验设计－－-－--------－－------－-－--------------－-－----－－－-----－-－－-----－--－－-－----－---－－-------－－－－--－-－-------－--－--－- ５仿真分析--－-－---－---－--------－－----------－--－-－--－－－-----－－----－-－--－-------－--－－-－------－-－----------－----－-----－--- 6仿真电路----－----－--－----------－－－－------－------－-－--－-－-------－－-------－-----－－-－－--－---－-----－-－--－--－--－-－－---- 6实验结果-----－--－－--－-－-－--－-----－---－----－-－－-－-－--------－----------－----－---－--------－－－－--－－--－-----－------－-－- 7波特图仪显示-－--－－----－---－---－----－------------－－--------------－－－--－－-－－－------－--－------－-－--－-－－-----－－7AＣ交流分析显示-------－---－---------－－－--------－-－-－－------－-－-----－--－-－--－--------------－--－------- ９实验结果分析－-----－---－----－---－-－----－------－--－－－－－---－-－－-－---------------－－------－---－-----－--------－--－13理论计算－-----------－－---－---－-－－-－－－－---－-------－--------－------------－－－-－---－------－------－------－----－----－１3实验结果比较与分析－－－---－－--－----－-－--－-－--------－--－-----－-－-－---－--－----－－--－---------－--－-----－1３实验结论--－----－---－-------－-----－-－-－－－-－-----------－--－---－-------－－-－-－--－-－--－----－-－----－-----－--－－--－--－----－--- 14参考文献－－--－------－－-－----－---－--－-－-－------－--－－--------－－-－---－-----－-－-----－-----－-－----－----－-－---－-------－-－---－14实验目的：1、熟悉由集成运放和阻容元件组成的有源滤波器的原理；2、学习运用传递函数法分析有源滤波器的频率响应；3、学习RC有源滤波器的设计及电路调试方法;4、学习利用Multiｓim仿真软件进行电路仿真分析。

一文读懂LC滤波器简单设计方法及原理介绍LC滤波器概述LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。

LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源。

LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要。

LC滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。

LC滤波器的分类调谐滤波器调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器，可以滤除某一次（单调谐）或两次（双调谐）谐波，该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率。

高通滤波器高通滤波器也称为减幅滤波器，主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器，用来大幅衰减低于某一频率的谐波，该频率称为高通滤波器的截止频率。

影像参数滤波器以影像参数理论为基础设计实现的滤波器。

这种滤波器是由若干个基本节（或半节）按联接处影像阻抗相等的原则级联组成的。

基本节按电路结构分有定k型和m导出型。

以LC低通滤波器为例，定k型低通基本节的阻带衰减随频率增加而单调增大；m导出型低通基本节则在阻带中某频率处有衰减峰，衰减峰的位置由m导出节中的m值控制。

各低通基本节级联后构成的低通滤波器，固有衰减等于各基本节的固有衰减之和，当滤波器两端终接的电源内阻抗和负载阻抗分别等于其两端的影像阻抗时，该滤波器的工作衰减和相移就分别等于其固有衰减和相移。

图1（a）所示的滤波器是由一个定k节和两个m 导出节级联组成，Zπ和Zπm为影像阻抗。

图1（b）为其衰减频率特性。

阻带内两个衰减峰/f∞1和f∞2的位置分别由两个m导出节的m值决定。

图一同理，高通、带通和带阻滤波器也可用相应的基本节组成。

滤波器的影像阻抗不可能与纯电阻性的电源内阻以及负载阻抗在整个频带都相等（在阻带内相差更大），固有衰减与工作衰减在通带内有较大的差异。

采用WinPcap库的sniffer的通用设计（编程）模型1. WinPcap概述WinPcap是Politecnico di Torino的NetGroup开发的基于Win32平台的包捕获和网络分析的基础构架，由UNIX下的libpcap库移植而来，用于用户层次的数据包截获工作。

它为底层网络监控编程提供了一个易于移植的应用框架。

WinPcap库和Libpcap一样，采用内核过滤机制，并且只支持BPF（Berkeley 分帧过滤器）接口的内核过滤。

如果主机上没有BPF机制．则所有的效据包都必须读取到用户空间后,再在WinPcap库中进行过滤处理，这样就会增加额外的处理负担，导致性能的下降。

2. BPF包过滤机制BPF 于 1992 年被设计出来，其设计目的主要是解决当时已存在的过滤机制效率低下的问题。

BPF的工作步骤如下：当一个数据包到达网络接口时，数据链路层的驱动首先调用 BPF 进行过滤操作，然后把数据包存放在过滤器相关的缓冲区中，最后设备驱动再次获得控制,避免了类似 sun 的 NIT 过滤机制先缓冲每个数据包直到用户读数据时再过滤所造成的效率问题。

相对老式的过滤方式CSPF（CMU/Stanford Packet Filter）有两大特点：一是基于寄存器的过滤机制和而不是早期内存堆栈过滤机制；二是直接使用独立的、非共享的内存缓冲区，这大大提高数据包捕获的性能。

BPF在过滤算法上也有很大进步，它使用无环控制流图（CFG control flow graph）,而不是老式的布尔表达式树（boolean expression tree），其优点在于把对数据包的分析信息直接建立在图中，从而不需要重复计算。

BPF由两个组件组成：BPF网络阀和数据包过滤器Filter。

通常在数据报到达网络适配器时，设备驱动程序会将数据报传递给协议栈的其它部分。

网络阀是个回调函数，从网络设备驱动程序处收集数据，并将它们传递给正在监听的应用程序。

滤波器是一种只传输指定频段信号，抑制其它频段信号的电路。

滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种：①无源滤波器:由电感L、电容C及电阻R等无源元件组成②有源滤波器:一般由集成运放与RC网络构成，它具有体积小、性能稳定等优点，同时，由于集成运放的增益和输入阻抗都很高，输出阻抗很低，故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。

利用有源滤波器可以突出有用频率的信号，衰减无用频率的信号，抑制干扰和噪声，以达到提高信噪比或选频的目的，因而有源滤波器被广泛应用于通信、测量及控制技术中的小信号处理。

从功能来上有源滤波器分为：低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）、带阻滤波器（BEF）、全通滤波器（APF）。

其中前四种滤波器间互有联系，LPF与HPF间互为对偶关系。

当LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率时，将LPF与HPF相串联，就构成了BPF，而LPF与HPF并联，就构成BEF。

在实用电子电路中，还可能同时采用几种不同型式的滤波电路。

滤波电路的主要性能指标有通带电压放大倍数AVP、通带截止频率fP及阻尼系数Q等。

带通滤波器（BPF）（a）电路图(b)幅频特性图1 压控电压源二阶带通滤波器工作原理：这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。

典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。

如图1（a）所示。

电路性能参数通带增益中心频率通带宽度选择性此电路的优点是改变Rf和R4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。

例．要求设计一个有源二阶带通滤波器，指标要求为：通带中心频率通带中心频率处的电压放大倍数：带宽：设计步骤：1）选用图2电路。

2）该电路的传输函数：品质因数：通带的中心角频率：通带中心角频率处的电压放大倍数：取，则：图2 无限增益多路负反馈有源二阶带通滤波器电路。

集总参数滤波器的设计李艳莉（电子科技大学 成都学院 四川 成都 611731）摘 要： 首先介绍集总参数滤波器的设计方法，设计一个集总参数带通滤波器，中心频率为200MHz，带宽20MHz，两个端口的特征阻抗为50Ω，带内插入损耗＜3dB，带内波纹＜0.5dB，在f＜190MHz和f＞210MHz处阻带衰减＞15dB，利用ADS软件进行仿真和优化。

关键词： 集总参数；滤波器；ADS中图分类号：TN713 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1110051－02微波通信电路中常用的是带通滤波器，因此本文以带通滤0 引言波器（BPF）为例研究集总参数LC滤波器的设计和优化，下面给滤波器是是一种具有频率选择特性的无源器件，从各种不出由归一化低通滤波器设计带通滤波器的具体步骤如图1所示：同频率的信号中，滤出有用信号，抑制掉无用或者有害的频率信1）设计一个归一化LPF，该滤波器的截止频率和BPF带宽号。

在无线通信应用技术领域，无源滤波器作为一个重要器件，相同；其指标往往直接影响整个通信系统的性能优劣。

而且随着移动通2）按照LPF和BPF的基本单元，进行元件和电路变换。

按信、雷达、微波毫米波通信、卫星通信、无线导航等民用、军事照对应关系将LPF的四种基本构成单元变换成对应的BPF基本单电子等各类通信系统的增加，使得电磁环境异常复杂，导致通信元[3-4]；系统中的频率资源越来越稀缺，所以通信系统频率间隔也变得越3）将设计得到的BPF电路模型建立ADS模型，仿真滤波器来越密集。

如何在日益稀缺的频率资源内，无失真地取出通信系的性能曲线，如果指标不能达到要求需要返回第一步对滤波器统所在工作频率需要的信号，抑制其他无用或有害信号，为滤波进行优化，直至指标满足要求为止。

器提出了更为严格的要求。

随着微波技术和电子器件的发展，各 2 带通滤波器的ADS仿真与性能优化种滤波器层出不穷，但是如何在满足技术指标的前提下尽可能做出体积小、成本低并易于量产的滤波器是工程应用的核心问题。

NI AWR 仿真软件设计性能优越的带通滤波器详细讲
解教程
学校简介
创立于1992 年10 月，南京理工大学（NUST）设有电子工程，光学工
程，光电技术，检测与控制工程等学院。

南京理工大学同时拥有电工电子教学实验中心、无线传感网技术研究中心、江苏省光谱成像与智能感知重点实验室。

随着全球信息化和信息时代的到来，南京理工大学取得了前所未有的快速发展和成长。

设计挑战
带通滤波器（BPF）是许多现代系统级封装（SiP）应用中的基本组件。

同时也是超外差接收机中体积最大的组件之一。

由于低温共烧陶瓷（LTCC）技术的垂直整合能力，它可以在非常低的频率（小于200MHz）用
来实现BPF 的小型化。

尽管如此，采用LTCC 技术的BPF 在MHz 频率段并
不常见，因为波长过大将对缩减尺寸形成挑战。

体声波（BAW）滤波器由于尺寸小，在低频占有重要位置；然而，它们却具有较高的插入损耗和群延迟，同时也需要额外的电容器和电感器用于阻抗匹配。

BPF的使用BPF(Berkeley Packets Filter)的使用作者：bobdai,<***************></~bobdai/>4.4BSD和其他源自Berkeley的实现使用BPF作为访问数据链路层的手段。

SCO OpenServer虽然源自SVR3，但他采取了BPF的思想，BPF可以作为一个可加载模块随时加载到内核。

BPF所做的事情，无非就是读入数据，按照规则检查数据，符合要求则向上层模块传递数据（可指定大小，比如我只对包的前100字节感兴趣则可让其只传前100字节），不符合要求的数据就抛弃。

规则的设定较为麻烦一些，下面将简单介绍。

对BPF的详细介绍可参见<< TCP/IP Illustrated, Volume 2 >> [Gary R. Wright(Contributor)]BPF定义了一个伪机器。

这个伪机器可以执行代码，有一个累加器，寄存器，和赋值、算术、跳转指令。

一条指令由一个定义好的结构 struct bpf_insn 表示，与真正的机器代码很相似，若干个这样的结构组成的数组，就成为BPF的指令序列。

下图给出了一段BPF“程序”的例子。

为了方便“编程”起见，BPF的struct bpf_insn insns[] ={BPF_STMT( BPF_LD + BPF_H + BPF_ABS, 12 ),BPF_JUMP( BPF_JMP + BPF_JEQ + BPF_K, ETHERTYPE_IP, 0, 3 ), BPF_STMT( BPF_LD + BPF_W + BPF_ABS, 30 ),BPF_JUMP( BPF_JMP + BPF_JEQ + BPF_K, 0xc0a80001, 0, 1 ), BPF_STMT( BPF_RET + BPF_K, 60 ),BPF_STMT( BPF_RET + BPF_K, 0 ),};图 2.3设计者用两个宏BPF_STMT和BPF_JUMP来直观代替了结构赋值操作，这两个宏展开后，其实都是一个赋了值的struct bpf_insn结构。