4、四阶椭圆低通滤波器电路.doc

程控滤波器 13C组 沈兵 旺勇 胡成 设计要求： （1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。 （2）滤波器可设置为低通滤波器，其-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）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kW。 （4）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。 （5）有设置参数显示功能 　　1 概述 　　滤波器是通信系统、信号处理和数据传送等领域中至关重要的环节，尤其在数据采集处理系统中，其性能好坏直接影响到整个系统的性能。其中，增益和截止频率是衡量有源滤波器的重要指标。为了实现增益和截止频率可调，传统的设计方法是采用调节反馈电阻和滤波电容，但要使增益和截止频率步进可调，则必须采用新的方法。 　　本文设计的程控滤波器系统性能良好，采用可控放大器PGA203级联的方式实现60 dB的增益调制，增益6 dB步进可调(输入信号电压振幅为10mV)。对开关电容滤波器LMF100按不同方式级联，实现低通、高通的滤波处理，其-3 dB截止频率在1～2kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz;设计的简易幅频特性测试仪能自动测量放大器通频带、截止频率和显示测试数据。 　　2 系统总体设计 　　采用双机通信的方式。主机主要用来读键盘、A/D转换结果，控制液晶屏和从机。从机接到主机的命令后，控制DDS芯片AD9850产生扫频信号和时钟信号，并控制增益大小。系统结构框图如图1所示。 四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。 电压可单片机D/A芯片输出控制电压得单片仪表放大器在滤波器前要加入取样保持电路和模数转换器，mDAC可直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis简称DDFS或DDS)。DDS以Nyquist时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成基于相位累加合成技术，在数字域中实现频率合成，可以输出高精度与高纯度的频率信号 频率范围大，精度高，控制性好且容易实现AD9851是AD公司推出的采用先进CMOS技术生产的具有高集成度的直接数字合成器外接参考频率源时，AD9851可以产生频谱纯净频率和相位都可控且稳定度非常高的正弦波具有即时的频率转换、控制灵活、体积小、成本低、功耗小等优点基本思路是将信号的瞬时幅值经A/D采样送入FPGA，在信号周期内对输入信号的采样值进行大小比较，从而得出信号的峰值或者峰峰值。测量峰值系数高达10的信号时附加误差仅为1% 图2 系统总体框图 三、理论分析与计算 1、可变增益放大器的理论分析 我们选用仪表放大器INA129，其单级增益G与外接电阻Rg的关系为：。其电流反馈特性提供了很高的增益带宽积（200kHz ，G=100），可满足题目通带100Hz~40KHz的要求。为实现0~60dB的增益范围，我们采用两级INA129级联。输入振幅10mV的正弦电压，增益60dB，则输出动态范围为±10V，所以至少用±12V电源。外接电阻Rg我们采用数字电位器DS1267-100，它由两个阻值为100k?，256位可调的电位器组成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。故我们又用一级MAX297，截止频率设置为49kHz。其中时钟频率设置为2.2MHz，时钟频率与通频带之比实际值为47.7。在其后面，也要增加低通滤波器，其截止频率为150kHz，以滤去信号的高频分量，使波形更加平滑。 高通滤波器 我们用MAX263实现高通滤波器。此芯片内置两个两节可编程的滤波器，可单独设置64级中心频率和128级Q值。它可以设置为高通、低通、带通和陷波滤波器，中心频率fo和Q值可以通过外接引脚编程设置。Q值与带内最大增益G(V/V)之间的关系为,为使带内尽量平坦，应该使，代入上面的关系式，可得，故可将滤波器的Q值定在0.707左右。题目要求高通滤波器在0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB，故两阶滤波器足以达到要求。 由于时钟信号的存在，开关电容滤波器相当于一个采样系统，满足奈奎斯特CD4051/2/3，其0~15V，与运放电压、信号电压不匹配