可編程濾波器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　可編程濾波器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘 要：在電子電路中，濾波器是不可或缺的部分，其中有源濾波器更為常用。一般有源濾波器由運(yùn)算放大器和RC元件組成，對(duì)元器件的參數(shù)精度要求比較高，設(shè)計(jì)和調(diào)試也比較麻煩。美國(guó)Maxim公司生產(chǎn)的可編程濾波器芯片MAX262可以通過編程對(duì)各種低頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻以及全通濾波處理，且濾波的特性參數(shù)如中心頻率、品

2、質(zhì)因數(shù)等，可通過編程進(jìn)行設(shè)置，電路的外圍器件也少。本文介紹MAX262的情況以及由它構(gòu)成的程控濾波器電路。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：編程 濾波器 設(shè)計(jì) </p><p>　　一、MAX262芯片介紹 </p><p>　　MAX262芯片是Maxim公司推出的雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器，可通過微處理器精確控制濾波器的傳遞函數(shù)（包括設(shè)置中心頻率、品質(zhì)因數(shù)和工作

3、方式）。它采用CMOS工藝制造，在不需外部元件的情況下就可以構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通濾波器。 </p><p>　　二、方案的論證和設(shè)計(jì) </p><p><b>　　程控放大器的設(shè)計(jì) </b></p><p>　　1.利用數(shù)字電位器，通過單片機(jī)改變負(fù)反饋的阻值，進(jìn)而改變放大倍數(shù)，優(yōu)點(diǎn)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活；缺點(diǎn)是精度不夠高。 <

4、/p><p>　　2.利用選擇電路，選通某條支路，由于使用的是分立元件，匹配度高，可以使放大倍數(shù)的精度大大提高，卻也有電路復(fù)雜的缺點(diǎn)，由于本設(shè)計(jì)任務(wù)的精度要求，因而選擇此種方案。 </p><p>　　三、程控濾波器的設(shè)計(jì) </p><p>　　濾波器設(shè)計(jì)有很多種，但主要分為數(shù)字濾波電路和模擬濾波電路。 </p><p>　　1.采用FIR數(shù)字濾

5、波器。數(shù)字濾波器解決了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移，溫度漂移和噪聲等問題，但由于計(jì)算量過大，且由于未系統(tǒng)學(xué)習(xí)過FIR，故不選用。 </p><p>　　2.采用有源RC濾波電路，使用數(shù)字電位器控制電阻值，從而可以改變電路的濾波特性。特點(diǎn)電路簡(jiǎn)單靈活，缺點(diǎn)是精度不夠， </p><p>　　3.采用專門的開關(guān)電容濾波集成芯片。MAX262 是CMOS 雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器由微處理器

6、精確控制濾波函數(shù)可構(gòu)成各種帶通低通高通陷波和全通配置且不需外部器件，功能強(qiáng)大，易于掌控。故選用此種方案。 </p><p>　　四、幅頻特性電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　幅頻特性是指幅度隨頻率的變化的關(guān)系；主要原理是控制掃描信號(hào)的頻率變化，檢測(cè)出幅度的變化；對(duì)于幅度的檢測(cè)，傳統(tǒng)方案是使用AD，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳入控制器，由控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后DA輸出。此種方案復(fù)雜，繁瑣，精確度不高。

7、現(xiàn)采用檢測(cè)真有效值芯片LTC1966，LTC1966可以檢測(cè)交流信號(hào)的真有效值具有高精確度，總誤差小于0.25%。 </p><p>　　濾波電路采用MAX262 是CMOS 雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器由微處理器精確控制濾波函數(shù)可構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通配置且不需外部器件。 </p><p>　　由于內(nèi)部參數(shù)的選擇，采用由FPGA分頻產(chǎn)生四時(shí)鐘輸入，單片機(jī)電路負(fù)責(zé)向MAX26

8、2輸入控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。 </p><p>　　我們采用橢圓形歸一化LPF的設(shè)計(jì)方法。我們選擇帶內(nèi)起伏量為1.0db阻帶頻率為通帶頻率的4.0倍。帶內(nèi)起伏量為1db時(shí)，阻帶內(nèi)有一個(gè)限波點(diǎn)的橢圓型歸一化LPF的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 </p><p>　　待設(shè)濾波器截止頻率與基準(zhǔn)濾波器截止頻率的比值M為： </p><p>　　M = 50k / （ 1 / 2π ） = 3141

9、59 </p><p>　　對(duì)基準(zhǔn)濾波器的所有元件值除以M，得到截止頻率已變換成待設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率160khz時(shí)的元件參數(shù)。 </p><p>　　C1（new）= C1（old）/ M =6.31355μF </p><p>　　C2（new）= C2（old）/ M =156.258nF </p><p>　　L3（new）= L3（

10、old）/ M =3.06374μH </p><p>　　待設(shè)濾波器的特征阻抗與基準(zhǔn)頻率器特征阻抗的比值K為： </p><p>　　K = 51Ω / 1Ω =51 </p><p>　　將所有的電感元件值乘以 K ，將所有的電容值除以 K 。這樣，便得到了待設(shè)計(jì)的特征阻抗為51Ω，且截止頻率為50K的四階橢圓濾波器。 </p><p>

11、　　C1（new）= C1（old）/ K =123.79 nF </p><p>　　C2（new）= C2（old）/ K =3.0639nF </p><p>　　L3（new）= L3（old）× K =156.25μH </p><p>　　實(shí)際電路模塊見附錄二。 </p><p><b>　　五、幅頻特性電路

12、</b></p><p>　　幅頻檢測(cè)電路基本原理是通過掃描不同頻率，通過目標(biāo)電路，然后檢測(cè)幅值，顯示輸出幅值的過程。 </p><p>　　掃描頻率電路使用FPGA產(chǎn)生的DDS電路，基本輸出為10HZ到200KHZ，利用單片機(jī)控制DDS的控制字產(chǎn)生步進(jìn)為10KHZ的掃描頻率。 </p><p>　　幅值檢測(cè)電路利用專用芯片LTC1966，LTC1966

13、可以檢測(cè)交流信號(hào)的真有效值具有高精確度，總誤差小于0.25%幅度檢測(cè)電路見附錄二。 </p><p><b>　　系統(tǒng)測(cè)試： </b></p><p>　　1.測(cè)試使用儀器：pc機(jī)，數(shù)字示波器TDS1002，F(xiàn)10A型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，直流穩(wěn)壓源LPS-305，DF2172A交流毫伏表。 </p><p>　　2.系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試： </p&g

14、t;<p>　　2.1程控放大器測(cè)試： </p><p>　　測(cè)試方案：輸入電壓振幅為10mv，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，分別測(cè)量輸出電壓。 </p><p>　　經(jīng)測(cè)得，在50db以下時(shí)，通帶包含100 Hz―40khz，60db通帶在100-37.5khz。增益10dB步進(jìn)可調(diào)，放大器輸出電壓無明顯失真。 </p><p>　　2.2程控濾波器設(shè)計(jì) </

15、p><p>　　測(cè)試方法：跟據(jù)截至頻率的定義，我們?nèi)⊥◣щ娖较陆档?3db的頻率點(diǎn)，并分別測(cè)出信號(hào)頻率為高通截止頻率一半，低通截止頻率二倍，放大電路增益為40dB時(shí)，總體電路的增益，電路數(shù)據(jù)使用交流毫伏表測(cè)量。 </p><p>　　2.3簡(jiǎn)易幅頻特性儀 </p><p>　　測(cè)試方案：將簡(jiǎn)易幅頻特性儀通過一目標(biāo)電路，將輸出接示波器； </p><p

16、>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)中，我們完成了簡(jiǎn)易幅頻特性儀的設(shè)計(jì)，性能達(dá)到了目標(biāo)要求； </p><p><b>　　總結(jié)： </b></p><p>　　我們很好完成了可控放大電路，可控濾波電路等基本要求，可控放大電路能在0db 到60 db可調(diào)，精度達(dá)到了我們的要求，可控濾波電路能選擇高低通設(shè)置，并且在1khz到40khz可調(diào)，精度達(dá)到1%，此外，我們很好的發(fā)揮了四階橢圓

17、濾波器的設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)易幅頻特性儀，并和好達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　采用單片機(jī)AT89C52完成對(duì)可編程濾波器MAX262的控制.能很好地實(shí)現(xiàn)有源濾波器的設(shè)計(jì)工作；這種程控濾波器具有使用靈活、調(diào)試容易及工作性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。它只要1片MAX262通過濾波器A和B的綴聯(lián)就能很容易完成四階濾波器電路的設(shè)計(jì)。另外，還可以通過對(duì)AT89C52的ALE信號(hào)進(jìn)行倍頻和分頻，實(shí)現(xiàn)對(duì)MAX262的所有工作頻率范圍的覆蓋。該電

18、路稍加改動(dòng)后，還可通過對(duì)不同參數(shù)和N值的設(shè)置，來實(shí)現(xiàn)全通、低通、高通、帶阻等濾波器的設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]蔣瑜， 陳循， 楊雪， 阮啟明. 基于MAX262的程控濾波器的實(shí)現(xiàn)[J]. 電測(cè)與儀表 ， 2000，（12） </p><p>　　[2]鄧重一. 基于可編程芯片MAX26

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