高階低通濾波器是一種通過(guò)組合多個(gè)二階濾波器級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的濾波器，用于抑制高頻信號(hào)并保留低頻信號(hào)。

從信號(hào)處理的角度來(lái)看，世界上所有的信號(hào)都可以被理解為是一個(gè)或者多個(gè)或者無(wú)窮個(gè)不同頻率、不同相位、不同幅值的正弦波的疊加。

濾波器核心定義：是一種能從復(fù)雜信號(hào)中提取特定頻率成分或抑制特定頻率成分的器件或算法。

對(duì)于低通濾波器是一種允許低頻信號(hào)通過(guò)，在允許頻率外，信號(hào)急速減小，起到衰減或阻止高頻信號(hào)的作用。主要用途在濾除傳感器信號(hào)中的電磁干擾、音頻信號(hào)中的雜音等。

濾波器實(shí)現(xiàn)方式分為無(wú)源濾波和有源濾波。兩者最主要的區(qū)別是是否需要提供額外的電源。無(wú)源濾波主要由無(wú)源器件（R、C、L）組成，利用電容通高頻、阻低頻，電感通低頻、阻高頻這一阻抗特性來(lái)篩選頻率。其電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，在電源濾波和高頻濾波中廣泛使用。有源濾波主要由有源器件（主要是運(yùn)算放大器）和無(wú)源器件（主要是R、C）組成。運(yùn)算放大器通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)改變電路的頻率響應(yīng)，既能實(shí)現(xiàn)濾波，還能補(bǔ)償信號(hào)衰減（或者放大信號(hào)），濾波特性（截止頻率、衰減斜率）更易精確控制。

無(wú)源濾波

有源濾波

但無(wú)源濾波器因其濾波特性，負(fù)載特性差，在濾波過(guò)程中對(duì)信號(hào)有衰減作用，而在高階濾波器鏈中添加緩沖運(yùn)算放大器還可以減少鏈中每個(gè)環(huán)節(jié)之間的衰減，并防止鏈中的濾波器元件扭曲鏈中其他濾波器元件的濾波器特性。從下圖看出，相同的濾波參數(shù)，帶同樣的負(fù)載，無(wú)源濾波對(duì)信號(hào)衰減程度更加嚴(yán)重。

有源濾波（橙色）和無(wú)源濾波（紅色）對(duì)信號(hào)衰減程度

所以高階濾波通常是采用有源濾波。

相較二階濾波，高階濾波具有更強(qiáng)的滾降能力。對(duì)于階數(shù)的選擇，濾波器的階數(shù)是指在濾波器的傳遞函數(shù)中有幾個(gè)極點(diǎn)，決定著轉(zhuǎn)折區(qū)的下降速度，一般每增加一階(一個(gè)極點(diǎn))，就會(huì)增加一20dBDec(一20dB每十倍頻程)。

高階濾波器實(shí)現(xiàn)架構(gòu)常用Sallen-Key 架構(gòu)。

電路

常見(jiàn)的高階低通濾波器包括巴特沃斯、貝塞耳和切比雪夫?yàn)V波器

巴特沃斯具有最好的平坦響應(yīng)，特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒(méi)有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。

貝塞耳濾波器具有最平坦的幅度和相位響應(yīng)，具有向其截止頻率以下的所有頻率提供等量延時(shí)的特性。

切比雪夫?yàn)V波器具有快速衰減，通過(guò)允許頻率響應(yīng)中的波動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的衰減。

它們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中具有各自的優(yōu)勢(shì)和權(quán)衡，根據(jù)具體的需求來(lái)選擇。