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摘要：基于開關(guān)電容濾波器的原理，提出了一種采用max263的新弄程控濾波器的設(shè)計(jì)。該濾波器可設(shè)置為低通或高通模式，截止頻率及增益均由程序控制。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)過實(shí)際測試具有良好效果。 1 引言 在許多工程應(yīng)用領(lǐng)域中信號頻率的動(dòng)態(tài)范圍很寬。某些微機(jī)自動(dòng)測試中頻率在0．1~1 000 hz之間變化；在旋轉(zhuǎn)機(jī)械大型水輪機(jī)組的機(jī)械故障診斷和炮口沖擊波壓力場測試以及其他信號采集測量場合其信號頻率在幾赫茲到幾千赫茲之間。因此有必要采用截止頻率可以程控的濾波器對頻率動(dòng)態(tài)范圍較寬的信號進(jìn)行濾波。 max263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)構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通配置，且無需外部元件。max262含有2個(gè)二階濾波器，在程序控制下可設(shè)置中心頻率f0、品質(zhì)因數(shù)q和濾波器的工作方式。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括數(shù)字和模擬兩大部分。其中，數(shù)字部分包括單片機(jī)及fpga中的放大器增益控制、時(shí)鐘頻率生成以及頻率特性測量與顯示3個(gè)模塊；而模擬部分包括放大器、濾波器和幅頻特性測試儀3個(gè)模塊。其中放大器模塊通過三級放大實(shí)現(xiàn)0～60 d
在進(jìn)入后端處理系統(tǒng)之前也需要對信號進(jìn)行一定的調(diào)理，以滿足后端信號處理的要求，為了簡化設(shè)計(jì)，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，信號的前端信號調(diào)理模塊使用設(shè)計(jì)好的模塊，包括恒流源、傳感檢測、信號放大、低通濾波，程控放大器放大倍數(shù)的設(shè)定通過s3c2410a設(shè)定。圖2顯示了系統(tǒng)硬件框圖。 圖2 系統(tǒng)硬件框圖 2.1程控抗混疊低通濾波器設(shè)計(jì) 傳感器采集的的模擬信號中往往混有一些其它信號如噪聲信號，因此在a/d轉(zhuǎn)換之前對信號進(jìn)行濾波是很有必要的，同時(shí)選擇合適的濾波器還可以起到抗混疊的功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用max263低通濾波器，max263是有源開關(guān)電容濾波器，其中心頻率，q值和工作模式可通過引腳編程設(shè)置，其硬件連接電路如圖3. 圖3 低通濾波電路 選擇濾波器工作模式1，將m0，m1設(shè)置低電平，q值設(shè)置為1，查表得nq=64，則q6~q0引腳值為100000。max263的引腳與s3c2410芯片直接相連以實(shí)現(xiàn)程控濾波器，f0~f4分別連接gpb5~gpb9。在arm上即可控制對應(yīng)引腳實(shí)現(xiàn)對max263截止頻率的設(shè)定。 2.2 a/d轉(zhuǎn)換電路 a/d轉(zhuǎn)換器作用是把一個(gè)模擬
電容濾波器實(shí)現(xiàn)。開關(guān)電容濾波器是由mos開關(guān)、mos電容和mos運(yùn)算放大器構(gòu)成的集成濾波器，其開關(guān)電容組在時(shí)鐘頻率的驅(qū)動(dòng)下，可等效成1只與時(shí)鐘頻率有關(guān)的等效電阻r=1／2πcfc。其中c為開關(guān)電容組的電容,fc為濾波器時(shí)鐘頻率。 當(dāng)用外部時(shí)鐘改變fc時(shí)，等效電阻r改變，從而可改變?yōu)V波器的時(shí)間常數(shù)，也改變?yōu)V波特性。 開關(guān)電容濾波器可直接處理模擬信號，而不必像數(shù)字濾波器需要a／d、d／a轉(zhuǎn)換，這樣簡化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)采用集成的開關(guān)電容濾波器max297實(shí)現(xiàn)低通濾波，采用max263實(shí)現(xiàn)高通濾波。 利用電感和電容可搭建各種類型的濾波器該系統(tǒng)利用無源lc濾波器技術(shù)，參照濾波器設(shè)計(jì)手冊相關(guān)參數(shù)，比較容易地實(shí)現(xiàn)較理想的四階橢圓低通濾波器，采用有源rc濾波器實(shí)現(xiàn)帶通濾波器。 放大器輸出信號通過濾波器后加在1 kω的負(fù)載上，各濾波器的輸出切換由繼電器實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)以單片機(jī)和fpga為控制核心，輔以dds掃頻電路，經(jīng)有效值檢波電路，實(shí)現(xiàn)幅頻特性的測試與顯示。系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工作可靠，用戶界面友好。 3 理論分析與電路設(shè)計(jì) 3．1 放大器模塊 可變增
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