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程控滤波器

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程控滤波器
摘要：程控滤波器主要由可编程滤波器、程控放大器、与控制电路三部分组成。

MAX262是可编程的开关电容滤波器，可以用数字信号控制滤波器Q 值与中心频率f o 从而实现对截止频率的步进控制，而且可以实现低通、带通、高通滤波
器。

AD 603通过控制它的控制电压实现增益的控制设计简单合理、可靠性好，经实践证实控制精度较高。

关键词：可编程滤波器，数模转换器，AD603,MAX262
1. 系统方案
方案一
采用积分与运算放大电路组成的多功能状态变量滤波器，通过计算改变R ，C 的值，可以达到很高的控制精度。

它的传递函数如下：
2
O 0122
012()()()u i U s a a s a s A s U s b b s b s ++==++ 从它的传递函数中可以看到它可以实现多种滤波器的功能，而且可以实现较高的精度，可以完成赛题的要求。

方案二
采用集成电路，MAX262是MAXIM 公司新推出的4 种应用非常广泛的4 阶开关电容滤波器。

MAX262不需外部元件就能做成巴特沃兹、契比雪夫、贝塞尔等各种带通、低通、高通、陷波、全通滤波器。

MAX262 芯片性能优越,使用方便,最突出的优点是滤波精确、设置方便,中心频率、Q 和运行模式均可通过引脚编码输入进行选择,而不必更换外部元件。

和传统的RC 滤波器比较,避免了R 、C 元件选配的麻烦，而且通过外围控制电路可以实现题目要求。

放大电路由可控增益运算放大器AD603和AD 转换电路组成，AD603具有较宽的通频带，与增益稳定度，通过控制它的控制电压可以达到题目的控制要求。

由集成电路组成的程控滤波器具有以上所述的优点，这里采用了以MAX262为中心，来实现题目所要求的各种功能。

系统框图如图所示。

图1
2. 理论分析与计算
MAX262有多种工作模式用以适应多种应用场合，在模式2下通过编程可以确定当前中心频率f o 与时钟频率的比值，而且该比值在40—140之间64步可调，呈现以下关系：f clk /f o =（26+N ）×∏/2（其中N 为编程二进制的值）。

当时钟频率f clk 一定时，合理控制N 的步进量即可实现中心频率f o 1Khz 步进可调。

同时还可以改变滤波器的Q 值，Q = 90.51 / (128 - N)。

而截止频率f c 与系统的f o ，Q 具有下面的关系。

c o f f = 由此可以看到采用弹片机对MAX262进行控制，对于整个主程序只需在初始化或改变参数时执行该子程序即可。

修改参数比较方便，只需改变数据定义部分数据；同时此程序也适用于其他类型：低通（LP ）、高通（HP ）、陷波（N ）及全通（AP ）滤波器接法。

此电路有自跟踪特性好、Q 值高、抗干扰强、频响好、性能稳定、使用灵活，是较为理想的四阶带通滤波器。

它可作为采样电路前级输入的理想滤波电路，该电路已成功地应用到了超声波检波器阵子测量仪电路中。

MAX262 具有一般分立模拟电路所难以实现的性能，但它也有一些缺点，最致命的一点是：由于滤波器采用了开关—电容式滤波，因此滤波输出幅度是阶梯式（离散）的，每周期级（点）数与fclk / f0 比率成正比，fclk / f0 不可能无穷大，这里最大也只有139.80，滤波输出阶梯现象较明显，即失真较大，故不适合低失真场合，但对周期平均采样电路是允许的。

另外MAX262 自噪声与Q 值、模式有关，Q 越大，自噪声也越大；Q 很大时容易产生自激振荡，要保持高的S / N ，应输入尽可能大的信号。

AD603 是AD (ANALO G DEV ICES) 公司推出的一种低噪声且由电压控制的增益放大器，它提供精确的、可由管脚选择的增益, 它的增益是线性变化的, 且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性, 增益变化的范围40 dB, 增益控制转换比例25 mV/dB, 响应速度为40 dB, 变化范围所需时间小于1us 。

AD603 内部包含一个七级R —2R 梯形网络组成的0 dB 到- 42. 14 dB 的可变衰减器和一个固定增益的放大器, 此固定增益放大器的增益可通过外接不同反馈网络的方式改变, 以选择AD603 不同的增益变化范围。

程控放大器AD603在一定的电路形式下可以实现下面的关系试：
Gain (dB) = 40V G + G0
对于两个AD603的增益控制脚并接使用的情况, 增益计算公式为：
Gain (dB) = 80V G + G0
其中V G 是差动式输入的增益控制电压(1 脚到2 脚) ，范围是-500mV～500mV , 在公式里单位应用V; G0 是增益起点, 接不同的反馈网络G0 有所不同, 上面三种接法G0 分别为10 dB、20 dB、30 dB。

AD603 的串联使用为了获得更大的增益变化范围而将两个AD603 串联使用时, 可将两者的增益控制脚并接(即1 脚和1 脚接、2 脚和2 脚接)也可将其中的一个脚并接进行控制而将另一个脚分开, 还可将两者完全分开控制，如果采用弹片机通过AD转换器来控制这两脚的压差可以实现增益的步进或者连续可调。

因此AD603完全可以实现题目的增益要求。

3. 电路与程序设计
3.1 程控滤波电路
3.2 程控放大电路
3.3 控制电路与显示电路
控制电路控制芯片采用AT98C51，数/模转换电路采用8位并行转换器DAC0832，分别控制MAX262的工作模式与AD603的增益。

显示电路采用串口LED显示以节省弹片机I/O接口。

4. 测试方案与测试结果
5. 结论
参考文献
附录。

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程控滤波器的设计

程控滤波器的设计

程控滤波器的设计摘要本系统实现程控滤波，放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。

硬件以单片机AT89S51为核心控制，主要由OP07放大器、程控滤波器MAX262等部分组成。

放大器采用OP07，实现60dB固定增益放大，步进10dB由单片机控制7279A实现，其误差不大于5%。

低通、高通滤波器由单片机控制可编程滤波器芯片MAX262实现，在2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB。

本系统设计简单，能很好地实现滤波器的程控，使用方便，具有较高的性价比、实用性和使用价值。

关键词：AT89S51；OP07；MAX262AbstractThis system realizes program-controlled filtering, amplifier can install; Low pass or high-pass filter bandpass, cutoff frequency characteristics can be set up. Hardware AT89S51 MCU control, mainly for the core OP07 am-plifier, program-controlled filter by MAX262 components. By OP07, realize 60dB amplifier fixed-plus amplifier, stepping 10dB 7279A realization by single-chip microcomputer control, the error is not more than 5%. Low pass, high-pass filter by single-chip microcomputer control programmable filter MAX262 realize, in 2fc chip in the total voltage amplifier and filter 30dB gain no greater than. This system is simple in design, can well realize filter SPC, use convenient, with high performance-to-price ratio, practicability and use value.Keywords：AT89S51 ，OP07，MAX262目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1绪论 (2)1.1滤波器的发展阶段 (2)1.2课题研究的背景 (2)1.3设计的内容与结构 (3)2 方案设计与选择 (4)2.1设计要求 (4)2.2方案选择 (4)2.2.1 放大器的选择 (4)2.2.2滤波器的选择 (5)2.2.3单片机的选择 (5)2.2.4输入模块选择 (6)2.3 MAX262工作原理 (6)2.3.1 MAX262的结构 (6)2.3.2 MAX262的特性及编程参数 (7)2.3.3 MAX262的工作原理 (9)2.4滤波器的原理与及其结构 (10)2.4.1滤波器的概念 (10)2.4.2滤波器的结构及分类 (11)2.4.3滤波器的应用场合 (13)3 系统硬件电路设计 (14)3.1 MAX262程控滤波器的设计 (14)3.2 AT89S51单片机介绍 (15)3.3放大器的设计 (18)3.3.1 OP07简介 (19)3.4显示部分设计 (20)3.5 MAX262滤波器部分的设计 (21)3.5.1 74LS373芯片简介 (21)4 系统软件设计 (23)4.1 主程序流程图 (23)4.2 编程参数的确定 (23)4.3 程序流程分析 (24)5设计验证及测试方法 (25)5.1 程序可行性验证 (25)5.2各单元测试方法 (25)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附件1 程控滤波器原理图 (30)附件2 程序清单 (32)前言滤波器是数据采集、信号处理和通信系统等领域必不可少的重要环节，如A\D转换前的“限带抗混叠滤波”和D\A转换后的“平滑滤波”。

程控滤波器

程控滤波器

程控滤波器设计报告0.摘要：本系统由可控增益放大器、程控滤波器、信号发生部分、控制部分等组成。

可控增益放大部分以DAC7541为核心，实现了输出增益的动态调整。

滤波器部分采用四通道通用滤波器LTC1068实现了低通滤波、高通滤波截止频率和Q值可调。

频率特性测试仪用DDS做信号源。

以STM32单片机作为控制核心，以OCMJ4X8C液晶作为显示部分，实现了增益和截止频率的预置，并实现功能测试和显示。

系统性能达到了设计要求，安全可靠，用户界面良好。

关键字：程控滤波器 DAC7541 LTC1068 STM32 OCMJ4X8C液晶一．方案论证与比较根据题目要求，本系统设计主要包括：可控增益放大器、程控滤波器、幅频特性测试仪等部分构成。

1.1 可控增益放大器设计方案一：采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA202、PGA03构成，此方案控制简单，但是PGA202、PGA203不能实现0dB到60dB的步进，需要一级调整增益电路，实现困难。

方案二：采用双运放LF353，带宽增益可以达到4MHZ，两级级联可以使电路增益达到60dB，采用继电器改变增益电阻阻值，实现10dB步进可调，基本要求可以实现。

但是由于电阻阻值误差，精度可能达不到设计要求。

方案三：基于程控放大的基本原理，利用权电阻式DA电阻网络，通过改变DAC7541权电阻网络的值对电阻进行控制实现程控衰减。

而在进入DA之前采用TI公司的INA128和OPA606对信号进行两级放大，将电压幅值放大1000倍。

通过改变DA控制字，可以达到程控放大的目的。

由于INA128很适合对小信号的放大，而OPA606具有较宽的频带宽度，所以能较好的实现对信号的放大。

同时DAC7541是十二位的DA转换芯片，其内部的电阻精度可以实现更小的程控步进（5dB）。

综上所述，本设计采用方案三。

1.2 程控滤波器的设计方案一：采用集成的开关电容滤波器如MAX262，开关电容滤波器可直接处理模拟信号，简化电路设计，容易实现功能。

MAX264中文资料及其程控滤波器电路图

MAX264中文资料及其程控滤波器电路图

MAX264中文资料及其程控滤波器电路图MAX264的结构及性能MAX264的结构MAX264的结构主要由两个独立的滤波单元、分频单元、f0逻辑单元、Q逻辑单元及模式设置单元等电路组成。

主要特性描述如下：1、滤波器设计软件化2、中心频率32阶可控3、Q值128阶可控4、Q值与f0独立可编程5、f0可达140KHz6、支持＋5V和士5V两种供电方式MAX264 的引脚说明芯片诸引脚功能如下（括号内数字为引脚号）：V+(10):供电正极, 并接旁路电容尽量靠近该脚V-(18):供电负极, 并接旁路电容尽量靠近该脚GND(19):模拟地CLKA(13):A单元元时钟输人, 该时钟在芯片内部被二分频CLKB(14):B单元时钟输人, 该时钟在芯片内部被二分频OSC OUT(20):连至晶体, 组成晶振电路(若接时钟信号时, 该脚不连)INA,INB(5,1):滤波器输人BPA,BPB(3,27): 带通输出LPA,LPB(2,28):低通输出HPA,HPB(4,26):高通、带陷、全通输出M0,M1(8,7):模式选择,+5V高，-5V低F0-F4(24,17,23,12,11):时钟与中心频率比值(FCLK/f0)编程端Q0-Q6(15,16,21,22,25,6,9):Q编程端。

对M0、M1两个管脚编程可使芯片工作于模式1、2、3、4几种方式,对应的功能如表1所示。

时钟与中心频率比值与编码对应如表2所示。

模式1:当我们要实现全极点低通或带通滤波器如切比雪夫、巴特沃斯滤波器时这种模式是很有用的, 有时该模式也用来实现带陷滤波器, 但由于相关零极点位置固定, 使得用作带陷时受到限制。

模式2:模式用于实现全极点低通和带通滤波器, 与模式1相比该模式的优点就是提高了Q值而降低了输出/f0是模式1的1/厂2（根号二分之一），这样就延宽了截止频率；噪声,该模下f clk模式3：只有该模式下可实现高通滤波器, 该模式下最高时钟频率低于模式1；模式4：只有该模式下才可以实现全通滤波器。

程控滤波器

程控滤波器

程控滤波器盖克胜１杨斌２（１吉林工业职业技术学院机电工程系动化３０６１班吉林吉林市１３２０１３）（２吉林工业职业技术学院机械５０３１吉林吉林市１３２０１３）摘要：本程控滤波器采用ＡＤ６０３小信号放大器、Ｃ８０５１０６０单片机和可编程滤波器芯片ＭＡＸ２６２进行设计。

ＡＤ６０３是一个低噪、９０ＭＨｚ带宽增益可调的集成运放芯片，具有程控增益调整功能，为了提高ＡＤ６０３的放大精度，精确控制放大倍数，在设计时使用电压跟随器来提高其输入阻抗，并采用可编程滤波器芯片ＭＡＸ２６２可以对输入信号进行二阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，滤波器的中心频率在１５ｋＨｚ～５０ｋＨｚ频率范围内实现６４级程控调节，其Ｑ值在０．５～６４范围实现１２８级程控调节。

关键词：程控滤波器；低通滤波；高通滤波；带通滤波；带阻滤波；全通滤波中图分类号：ＴＰ２１６文献标识码：Ａ１题目分析及方案论证１．１题目分析本题要求设计和制作一个程控滤波器，该程控滤波器有两个部分组成，一部分是程控放大，一部分是程控滤波。

本题要求放大器部分增益步进１０ｄＢ可调，最大增益６０ｄＢ，滤波器部分低通、带通、高通和截止频率步进可调；并要求制作一个简易幅频特性测试仪来测试该程控滤波器的幅频特性，要求频率变化范围是１００Ｈｚ～２００ｋＨｚ，频率步进１０ｋＨｚ。

因此需要一个峰值采样保持器，系统组成框图如１所示：图１程控滤波器系统组成框图１．２方案比较与论证针对本次大学生电子设计竞赛的题目及要求，鉴于我们的爱好、特长及对相关知识的掌握，我们选择了程控滤波器这个题目。

我们也深知，在对竞赛题目有了充分理解的基础上，设计方案是否选取合理、得当，是能否顺利、圆满完成竞赛要求的关键所在。

鉴于此，我们对设计方案进行了充分的比较、分析与论证。

１．２．１可控增益放大器部分方案一：一般的放大电路由三极管进行级联来实现输入信号的放大，对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。