このアプリケーションのフィルタ設計には、わずか 2 つの汎用アンプで低ノイズのバンドパス フィルタが必要とされるという課題があります。重要な問題の 1 つは、INA を通る圧力波形に高い DC ゲインが必要なことです。フィルタは DC を拒否し、0.5Hz～7Hz の周波数を合計 70dB 以上のバンドパスで通過させ、µV レベルの振動を取り込みます。

フィルタ性能とノイズのバランスを確保するために、テキサス・インスツルメンツのフィルタ設計ツールを使用して、複数のトポロジをシミュレーションしました。図 2-6 に示す最初の設計は、2 次サレンキー型ローパス段に続き 2 次サレンキー型ハイパス段が組み込まれ、どちらもバターワース応答です。この結果、周波数応答は比較的フラットなものになりましたが、残念ながら、ノイズを大幅に増加させることなく十分なゲインを追加することはできませんでした。

2 番目の設計では、2 次ハイパス (HP) 段に続き 2 次バンドパス (BP) 段を組み込むことで、低周波数のストップ バンドに 3 つのゼロを効果的に追加し、わずか 2 つのアンプで 30dB の DC ゲインをより効果的にフィルタリングすることができました。これにより、このアプリケーションに最適なフィルタ性能が得られたのです。ただし、合計ノイズは約 540μV_PP でシミュレーションされています。

図 2-6 サレンキー型ハイパス + バンドパス

図 2-7 は 3 番目の回路設計で、単純な 2 段バンドパス (BP) を示します。このフィルタでは最高のノイズ性能が得られるとともに、パッシブ数が最も少なくなります。1 つ難点があるとすれば、狭いパス バンドを維持しようとすると、応答がフラットにならないことです。

図 2-7 2 段バンドパス回路

2 段バンドパスは、低ノイズ、ストップ バンド減衰、部品コストを優先させて設計されました。最良のセットアップにおいては、温度に対する耐性向上とノイズ低減のために、NP0/C0G、または少なくとも X5R が推奨されます。