周波数フィルタ

エレクトロニクスの世界のフィルタとは、色々な周波数成分を持つ信号の中から、不要な周波数成分を除去し、必要な周波数成分のみを取り出す回路のことです。ここではフィルタで使われている主な用語と、フィルタの特性と特徴について解説します。

• フィルタで使われる主な用語
• フィルタの特性と特徴
• 4次ローパスフィルタの例

フィルタで使われる主な用語

■通過域

フィルタで取り出したい信号の周波数帯域

■減衰域

フィルタで除去したい信号周波数帯域

■遮断周波数

通過域と減衰域の境目の周波数　バタワースの場合、通過域から-3dB減衰した点

■中心周波数

バンドパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタの通過域、減衰域の中心の周波数

■選択度（Q）

バンドパスフィルタ、バンドエリミネーションフィルタで通過域、減衰域の幅（BW）を示すパラメタ Q=中心周波数/BW

■遷移域

通過域と減衰域の間の周波数特性が、通過域から減衰域へと変化してゆく途中の状態の周波数域

■減衰度

減衰域での減衰度合い

■減衰傾度

遷移域でのフィルタ特性の傾き
一般的にdB/oct、dB/decという単位で示される
dB/oct:オクターブ（2倍）周波数が変化したときにどれだけ減衰するか dB/dec:ディケード（10倍）周波数が変化したときにどれだけ減衰するか

■次数

次数理想特性を近似する関数の次数
次数が高いほど理想に近い

フィルタの特性と特徴

4次ローパスフィルタの例

■バタワース

• 構成しやすく一般的
• 通過域がフラット（最大平坦特性とも呼ばれる）
• 減衰傾度が、次数×6dB/oct

【用途】

• 通過域にフラットネスが必要な場合
• 設計や構成を簡単にしたい
• 分離したい信号の周波数帯が比較的離れている場合（10倍程度）

■ベッセル

• 過渡応答（立ち上がり/立ち下がり）特性を最適化（LPFのみで有効）
• リンギング、オーバーシュートが最小かつ、立ち上がりが同一の次数のフィルタ中で最速

【用途】

• 波形に情報がある場合
• 過渡応答をきれいに整えたい場合

■シェビシェフ

• 通過域にリプル（うねり）を持たせることで、遮断周波数近辺の減衰傾度を大きくした特性
• 回路構成はバタワースと同程度であるが、設計に手間がかかる
• 過渡応答でリンギングが大きい

【用途】

• バタワース程度の回路構成で、減衰傾度を少し大きく取りたい場合

■連立チェビシェフ

• 通過域、減衰域ともに、リプル（うねり）を持たせることで、遷移域を最小に出来るように考えられた特性
• 構成が大きくなると共に設計も高度になる
• 過渡応答でリンギングが大きい

【用途】

• できるだけ理想に近いフィルタ特性にしたい場合
• オーバーサンプリングでないADコンバータのアンチエイリアス

（資料提供：株式会社エヌエフ回路設計ブロック）