程控滤波器实验报告程控滤波器实验报告.doc

2007年D题 程控滤波器 摘要：本系统以为控制核心，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。人机接口采用键盘及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。 1. 方案论证 根据题目要求，我们分以下三部分进行方案设计与论证 1．1 方案一： 方案二： 1．2 方案一：采用电感和电容搭建各种类型的无源LC滤波器。参照滤波器设计手册上的相关参数，可以比较容易的设计出理想的滤波器；但要实现截止频率可调，只有改变电感和电容参数，控制电路将是非常复杂的。 方案二：采用运算放大器和电阻、电容等分立元件可以构造有源RC低通滤波器和有源RC高通滤波器，利用继电器或者模拟开关来切换不同的电阻值和电容值，可以改变滤波器的截止频率。但是为了达到赛题的基本要求，必须多个参数进行切换，控制电路也将是非常复杂的。 方案三：采用数字滤波器，精度高、截止特性好，但是要使截止频率可调，必须使用不同的参数，编程的工作量比较大。 方案四：采用开关电容滤波器。开关电容滤波器是由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。其等效电阻R与开关电容和时钟频率有关，即R=1/2πCfc ，当改变滤波器的时钟频率fc时，可以改变等效电阻R，从而改变滤波器的时间常数。 综上所述，采用开关电容滤波器的方案电路结构简单，操作容易，因此选择方案四。  2.系统硬件设计 2.1系统的总体设计 本系统以作为主控单元，将设计任务分为放大器，低通滤波器，高通滤波器，人机接口单元等功能模块。 放大器用两级串联构成。滤波器在控制信号作用下低通和高通滤波电路采用模拟开关，电容和运算放大器组成，通过控制模拟开关的通断频率，来实现截止频率的调节。 2. 2单元电路的设计 2.2. 1 放大器电路设计  由于AD603的输出有效值小于2V,在本设计中末级功率放大选用两级晶体管构成的直流耦合放大电路形式，以提高放大电路的带负载能力，电路入下图所示。电路带宽可达到25MHz。 2.2.2滤波器电路设计 LTC1608是LINEAR公司的一款开关电热那个滤波器芯片，其中包含四个通用二阶模块，每个模块都可以配置成高通、低通、带通、带阻等常见形式，滤波器的外部元件参数一旦确定，便可以使用时钟来调节截止频率。LTC1068共有模式1、模式1b、模式2、模式3，对应不同的波特特性。经过计算，低通滤波器电路设计采用LTC1068的两级滤波器模块组成四阶Butterworth低通滤波器，第一级滤波器的Q=1.3066，第二级滤波器的Q=0.5412,f=20kHz。两级滤波器模块都工作在模式1下的低通模式，根据芯片手册提供的元件参数计算公式计算出外围电阻值，最终电路如下图：  高通滤波器 高通滤波器电路设计采用LTC1068的两级滤波器模块组成四阶Butterworth高通滤波器，经过计算，第一级滤波器的Q=0.5412，第二级滤波器的Q=1.3066，f=20kHz,两级滤波器模块都工作在模式3下的高通模式，根据滤波器的参数可以计算出每级滤波器对应的外围电阻值，最终设计电路图如下图： 3.系统软件设计 测试方法与测试结果 4.1 程控放大器电路测试 测试方法：用经过校准的信号源在信号输入端加10mV正弦波。在100Hz~40kHz频带内，按照一定的频率步进设置测试点，在每个频率测试点以10dB为步进，从0dB到60dB测试七组数据。 放大器性能测试 ? Uo（40DB） Uo（50DB） Uo（60 DB） 输入信号频率 理论值 实测值 误差 理论值 实测值 误差 理论值 实测值 误差 100Hz 1V 0.99V 0.01V 3.16V 3.12V 0.04V 10V 9.89 0.11V 1 KHz 1V 1.00V 0.00V 3.16V 3.14V 0.02V 10V 9.90 0.10V 20KHz 1V 0.99V 0.01V 3.16V 3.12V 0.04V 10V 9.88 0.12V 40KHz 1V 0.99V 0.01V 3.16V 3.11V 0.05V 10V 9.85 0.15V 45KHz 1V 0.97V 0.03V 3.16V 3.10V 0.06V 10V 9.84 0.16V 经过对测试数据分析得出结论：放大器部分电压增益60dB，增益10DB步进可调，通频带超过了40KHz，电压增益误差在2%以内，放大器部分不仅完成了题目的基本要求。 4.2 低通滤波器电路测试 通频带测试方法：使用标准信号源产生一个稳定的5