eext-filter-designer

嘉立创EDA专业版扩展 — 模拟有源滤波器设计工具。

在原理图编辑器顶部菜单栏「滤波器设计 → 滤波器设计...」打开设计面板，输入滤波指标即可完成从 数学综合 → 元件求解 → 曲线验证 → 原理图生成 → 一键落入图纸 的完整闭环：实时计算各阶元件值、绘制 Bode 幅频/相频响应曲线与电路示意图（双列布局：左参数+元件表，右示意图+Bode，支持鼠标悬停查看坐标），并可将整台滤波器一键粘贴进当前原理图。

仿真模型说明：本插件的元件求解与 Bode 曲线基于理想器件模型（理想运放、元件标称值），不含运放 GBW/压摆率、元件容差、寄生参数等非理想因素。设计结果适用于拓扑选型与元件初值计算；高精度场景请以 LTspice 等专业仿真工具的验证为准。

功能

• 响应类型：巴特沃斯（最平坦）/ 切比雪夫（等纹波）/ 贝塞尔（线性相位）
  • 注：切比雪夫的 fc 按常见工程约定 = 通带边缘（纹波带宽），-3dB 点在 fc·ω₃ 之上；巴特沃斯/贝塞尔的 fc 仍是 -3dB 点。UI 标签会随响应类型切换提示
• 滤波器类型：低通 / 高通 / 带通（带通由低通原型经 LP→BP 频带变换得到，中心 f0=√(fLo·fHi)，带边精确于 fLo/fHi，实际阶数 = 2×原型阶数）
• 拓扑：Sallen-Key / MFB（多反馈），自动推荐（增益>1 或高 Q 自动选 MFB）；带通节固定使用 MFB 带通（3R2C）
• 阶数：1~4 阶（带通为原型阶数，实际实现 2n 阶），或 自动定阶（按通带/阻带衰减 + 阻带频率计算最小阶数）
  • 巴特沃斯/切比雪夫/贝塞尔分别用闭式公式 / cosh-acosh 纹波表 / 逐阶幅频判定
• 元件容差列：元件表显示电阻 ±1%、电容 ±5% 标准容差档位
• 输出：
  • 各节 f0 / Q / 元件值（E96 电阻 + E12 电容标称值）与吸附后实现值（按模板电路精确方程反算，f0/Q 实现偏差典型 ≤1%）
  • 电路示意图：整台滤波器级联展示，值随设计自动更新
  • Bode 幅频 + 相频双曲线（蓝=幅值 dB 左轴，绿=相位 ° 右轴；含通带群延迟摘要，MFB 反相节自动累计 180°；鼠标悬停显示 f/幅值/相位/群延迟坐标，0dB/-3dB 参考线、带边圆点标记、次网格）
  • 实时刷新：参数即改即算（下拉即时、数值防抖 250ms）
  • 粘贴到 EDA：把设计好的多级滤波器一键落进当前打开的原理图页（真实器件/网络标/导线落库，自动级联排版、位号顺延、级间桥接，便于放置后手动调整）

应用范围

频率适用范围

元件求解档位：电阻 100Ω10MΩ、电容 1pF10µF，理论覆盖约 0.1 Hz ~ 5 MHz（Bode 扫描下限 0.01 Hz，可完整显示亚赫兹曲线）；更高频率电容 <1pF 超出求解档位。

运放选型参考（GBW ≥ 10×f0×Q×增益）

典型应用场景

• 音频信号处理（20 Hz ~ 20 kHz）：EQ、分频、抗混叠
• 传感器信号调理（0.1 ~ 100 Hz）：低频去噪、信号整形
• 电源与开关电路（kHz 级）：纹波抑制、参考滤波
• 测量前端（~100 kHz）：数据采集抗混叠、中频调理
• 精密仪器 / 测试测量：可复现的滤波指标设计

边界与注意事项

1. 阶数、增益、带通 Q 越高 → GBW 需求越高，实际可用频率相应折减（4 阶约为 2 阶的一半）
2. 1 阶 + 增益>1：一阶 RC+缓冲固有增益 1，无法实现通带增益>1
3. 射频 / 高速（>1 MHz）：不推荐，需高速运放且接近元件极限
4. 高 Q 窄带带通：所需 GBW 显著升高（如 100 kHz~1 MHz 带通需 ~15 MHz GBW）

使用

安装插件包（.eext）

1. 下载最新发布的 eext-filter-designer_v*.eext
2. 在嘉立创EDA专业版中通过「扩展 → 安装本地扩展」导入
3. 打开原理图，顶部菜单出现「滤波器设计 → 滤波器设计...」

从源码构建

npm install
npm run build

编译产物在 ./build/dist/eext-filter-designer_v*.eext，安装到嘉立创EDA专业版即可使用。

数学核验

node iframe/filter-math.test.js

数学核心 filter-math.js 为纯 JS 零依赖，可在浏览器与 Node 双环境运行。

结构

src/index.ts                    ← 扩展入口：菜单注册 + 打开 iframe
iframe/filter-designer.html     ← 设计 UI（左参数+元件表 / 右示意图+Bode 双列，math 由构建内联）
iframe/filter-math.js           ← 滤波器数学核心（源码，Node 单测用；构建时内联进 HTML）
iframe/filter-math.test.js      ← 数学核心交叉核对（node iframe/filter-math.test.js）
config/inline-math.mjs          ← 构建时把 filter-math.js 内联进 filter-designer.html
config/inline-templates.mjs     ← 构建时把 iframe/templates/*.svg 内联为 window.SCHEM_TEMPLATES
docs/paste-engine.js            ← 「粘贴到 EDA」植入引擎（FilterPaste，直接调用 eda API 落库）
docs/inline-modules.mjs         ← 构建时把 paste-engine + 电路模块 JSON 内联进 HTML
iframe/templates/*.svg          ← 7 种电路拓扑模板（占位符 {{R1}} 等）
iframe/templates/SVG/*/*.json   ← 电路模块（粘贴到 EDA 用的工程源码级数据）
build/packaged.ts               ← 打包 .eext

重要：修改 filter-math.js 后必须重新 npm run build（compile 前会自动内联进 HTML）。 立创EDA 的 openIFrame 只加载指定的 HTML 文件，iframe 下其他文件不会被 serve， 因此数学核心必须内联在 filter-designer.html 内（config/inline-math.mjs 自动完成）。

算法说明

• 巴特沃斯极点：单位圆左半极点等角分布
• 切比雪夫极点：ε=√(10^(ripple/10)-1)，椭圆分布，按 -3dB 频率归一化
• 贝塞尔极点：Bessel 多项式递推求根（Durand-Kerner 迭代），按 -3dB 归一化
• 级联：共轭复极点对 → 二阶节（biquad）f0/Q；奇数阶余一阶 RC 节
• Sallen-Key 低通（unity-gain 等 R 设计）：f0=1/(2πR√(C1C2))，Q=√(C1C2)/(C1+C2)
• MFB 低通（反相）：f0=1/(2πC√(R1R2))，Q=√(R1R2)/(R1+R2)，增益 K=R2/R1
• 高通为对偶构造；带通为 LP→BP 频带变换（Ω=(f²−f0²)/(f·BW)，中心 f0=√(fLo·fHi)、带边精确于 fLo/fHi，实际阶数 2×原型），原型 n 节 → n 个 MFB 带通节（复极点对 → 2 节，实极点 → 1 节）

License

Apache-2.0