滤波器参数设计规划方案说明.doc

滤波器参数设计方案说明 一、设计指标 1、滤波器函数类型：巴特沃斯、契比雪夫 2、滤波器类型：低通、高通、带通 3、中心频率或截至频率范围：1Hz～140kHz 4、滤波器阶数：4阶 5、输入信号范围：最大幅值4Vpp，最小幅值mV级 6、输入信号：正弦波（0～40MHz）、方波（0～1MHz,默认占空比50%）两种，幅度可通过电位器调节 7、输出信号：两级程控放大（0～96dB），一级程控衰减（0～48dB） 二、设计中使用的公式及数据 表2.1 中心频率及Q值计算公式 低通 高通 带通 截止频率 品质因数 注：（1）为低通或高通滤波器截止频率，、为各阶巴特沃斯和契比雪夫对应的归一化系数； （2）为带通滤波器的中心频率，为带通滤波器的带宽，Q’为带通滤波器的品质因数。 表2.2 各阶滤波器二阶滤波器节B、C表 巴特沃斯 契比雪夫 B C B C N=2 1.414214 1.000000 2.372366 3.314037 N=4 0.765367 1.000000 0.528313 1.330031 1.847759 1.000000 1.275480 0.622925 N=6 0.517638 1.000000 0.229387 1.129387 1.414214 1.000000 0.626693 0.896374 1.931852 1.000000 0.856083 0.263361 注：契比雪夫滤波器的各阶系数是在通带波纹为0.1dB下求得。 表2.3 4阶滤波器设计参数表（采用归一化频率） 低通 高通 带通 f01 (Hz) f02 (Hz) Q1 Q2 f01 (Hz) f02 (Hz) Q1 Q2 f01 (Hz) f02 (Hz) Q1 Q2 巴特沃斯 1 1 1.307 0.541 1 1 1.307 0.541 0.932 1.073 7.071 7.071 契比雪夫 0.789 1.153 0.691 2.183 1.267 0.867 0.619 2.183 0.871 1.148 4.215 4.215 注：（1）表中给出的巴特沃斯和契比雪夫滤波器系数均为4阶滤波器； （2）契比雪夫滤波器的通带波纹为0.1dB，两种滤波器的带通模式下为时的参数，BW为带通滤波器的带宽，Q′为带通滤波器的品质因数。 三、低通滤波器设计 1、截止频率及Q值计算 由文献《有源滤波器精确设计手册》可以查得四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶节的B、C值，见表2.2。根据表2.1，计算得到四阶巴特沃斯和契比雪夫滤波器各二阶滤波器节的Q值，如表2.3，我们重新整理成表3.1。 表3.1 四阶低通滤波器各二阶滤波器节的Q值和归一化频率 四阶巴特沃斯 四阶契比雪夫（通带纹波0.1dB） 二阶滤波器节次 Q 截止频率（Hz） 二阶滤波器节次 Q 截止频率（Hz） 1 1.307 1 1 0.619 0.789 2 0.541 1 2 2.183 1.153 2、、Ｑ和工作模式编程参数的确定 fclk/f0编程参数的确定有两种方法：（1）固定fclk/f0比值，即无需改变频率比的NF编程值，通过改变时钟频率fclk对应改变中心频率（截止频率）f0值。也即根据输入中心频率（截止频率）f0计算得到时钟频率fclk。（2）固定时钟频率fclk，根据输入的中心频率（截止频率）f0计算NF值。由于滤波器不同模式下fclk和fclk/f0比值范围的限制不同，且一个固定的时钟频率fclk只能产生满足64各频率点的中心频率（截止频率）f0，得到的中心频率（截止频率）f0的范围较窄。若要活得较大的中心频率范围，需要多个固定时钟频率点。综合比较，选择第一种方式。 由于MAX262的工作模式2与其他工作模式的fclk/f0比值可选用的范围不同，且不同的工作模式下时钟和中心频率的限制范围也不同。为尽量采用高的fclk/f0比值以提高滤波器的抗混叠性能和减少Q值和f0的设计误差，设计将中心频率范围分为三个频段，再对三个频率段分别选择各个工作模式下的fclk/f0比值。由于时钟采用单片机产生，而单片机1个指令周期最短为1us，因此其最高频率fclk=500kHz（2个指令周期），因此滤波器最高中心频率（截止频率）不能超过20kHz，具体fclk/f0比值的选择见表3.2。从表中可以看出，在低频率段fclk/f0比值较高，而在高频率段fclk/f0比值较低。 表3.2 fclk/f0比值选择表 f0频率段 工作方式 fclk/f0比值 1Hz≤f0≤5kHz 1、3、4 100.53 2 5kHz≤f0≤10kHz 1、3、4 50.27 2 10kHz≤f0≤20kHz 1、3、