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程控滤波器 组号：8B 组员： 郑宜嘉 王菊菊 孙文强 摘要：本系统以凌阳16位单片机为控制核心，利用开关电容技术实现程控滤波的功能。前端放大器由运放和数字电位器构成，实现了增益0—60dB，步进10dB可调。滤波器采用模拟开关和电容的组合替代电阻的技术，构成RC有源滤波网络，实现了程控高通、低通滤波截止频率1KHz—20KHz，步进1KHz可调。设计实现了四阶低通椭圆滤波器。利用单片机和直接数字调制技术（Direct Digital synthesizer）芯片AD9850，设计并制作了简易幅频特性测试仪，扫频输出信号范围从100Hz到200KHz，步进10 KHz可调。人机接口采用4×4键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。 ? 关键词：程控滤波 ? 开关电容???低通椭圆滤波器 方案比较与论证 题目要求 （1）设计程控低通滤波器，截止频率等参数可设置。 （2）滤波器-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kW。 （3）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。 方案比较 放大器模块 方案一：采用仪表放大器实现。单片仪表放大器用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为D/A的基准电压，这时的D/A作为一个程控衰减器。但是控制的数字量的增益(dB)不成线性关系而是指数关系，造成增益调节不均匀，内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得，从而实现较精确的数控。MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的一种大规模集成电路滤波器。其开关电容组在时钟频率的驱动下，可以等效成一个和时钟频率有关的等效电阻。式中C为开关电容组的电容，为该滤波的时钟频率。当用外部时钟改变时，等效电阻R 改变，从而改变了滤波器的时间常数，也就改变了该低通滤波器的通频带。此方案操作比较简单，而且目前市场上有集成的开关电容滤波器芯片（如MAX263,MAX297等），使用这些集成芯片，可以很大程度上节约设计时间，提高系统精度。 综上所述：我们决定采用方案四，利用集成芯片MAX297实现基本要求中的低通滤波器，利用MAX263实现高通滤波器。采用方案三，利用无源LC滤波器技术来实现四阶椭圆低通滤波器。 幅频特性测试仪 题目要求我们制作幅频特性测试仪，扫频范围为100Hz～200KHz，频率步进为10KHz，扫频方案我们采用DDS芯片，可以很好的实现线性扫频。关于检波方案主要有两种： 方案一：先检波后放大的方案，检波放大的方案一般采用峰值检测的方法，检波输出后使用步进分压器，再使用直流放大器放大信号进行测量。但需注意检波二极管的参数会影响最小信号的分辨能力。 方案二：先放大后检波的方案。放大检波的方案一般采用均值检测的方法，输入信号先进入步进分压器，经放大后送入均值检波器。但需注意放大器的带宽会影响测量的信号的频率范围。 我们要测试的频率范围100Hz～200KHz，对放大器增益带宽积的要求不是很高，故我们采用 滤波器部分 低通滤波器 我们利用MAX297来实现基本要求中的低通滤波器。这种开关电容滤波器是由带有求和和换算功能的开关电容积分器对一梯形无源滤波器网络进行模拟构成的。该器件时钟频率与通带之比为50:1，改变其时钟频率，其通频带可从0.1Hz 变化到50kHz，完全满足题目的设计要求。 使用MAX297时，当信号频率和采样频率同频，且相位合适时，开关电容组在电容上各次采到相同的幅度为信号幅值的信号，相当于输入信号为直流的情况。因此在采样电容上产生一个直流信号，使滤波器输出一个直流电平。同理，当信号频率为采样频率的整数倍时，也会出现相同的现象。要去除这种现象，须限制输入信号的范围，使之小于开关电容滤波器的采样频率（时钟频率）。所以在使用MAX297时，在其前面，要增加模拟低通滤波器，把采样频率及其以上的高频信号有效地排除。在其后面，也要增加低通滤波器，滤去信号的高频分量，使波形更加平滑。 电路如图所示： 高通滤波器部分 我们利用开关电容滤波器芯片MAX263来实现基本要求中的高通滤波器。该芯片的内部结构原理与MAX297相似，但它的中心频率与Q值是对外置引脚进行编程来控制的。我们将MAX263的Q值设置为0.790，比值设置为185.35。 然后通过改变外部时钟来控制高通滤波器的3dB截止频率 椭圆低通滤波器部分 系统要求制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为5