2、低通滤波器电路.doc

程控低通滤波器 组员：2011136103俞力 2011136125叶明坤 2011126234黄娇 摘要：本系统基于开关电容滤波器的原理，以单片机和FPGA为控制核心，实现了程控滤波器的设计。系统前级放大器由精密仪表放大器和数字电位器组成，可以设置60dB的增益调节范围，步进10dB，通带到370KHz，增益误差3%以内。滤波器以集成开关电容可编程滤波器MAX263实现高通滤波器，MAX297实现低通滤波器，截止频率在1k到20k可调，步进为1kHz。本系统还完成了四阶无源椭圆低通滤波器的设计，扩展了带通滤波器的程控功能，以DDS扫频电路实现幅频特性的测试。系统性能达到指标要求，工作可靠，界面友好。 关键字：开关电容滤波器 椭圆低通滤波器 程控滤波 目录 摘要 1 目录 2 一、方案论证与选择 3 1．题目任务要求及相关指标的分析 3 2．方案的比较与选择 3 （1）放大器的论证与选择 3 （2）程控滤波器的论证与选择 4 （3）椭圆低通滤波器的论证与选择 4 （4）扫频信号源的论证与选择 4 （5）幅度测量的论证与选择 5 二、系统总体设计方案及实现方框图 5 三、理论分析与计算 6 1、可变增益放大器的理论分析 6 2、开关电容滤波器的理论分析 6 （1）开关电容滤波器 6 （2）低通滤波器 7 （3）高通滤波器 7 3、椭圆低通滤波器的理论分析 7 四、主要功能电路的设计 8 1、放大器电路 8 2、低通滤波器电路 10 3、高通滤波器电路 10 4、四阶椭圆低通滤波器电路 11 5、有效值测量电路 11 6、A/D转换电路 13 7、DDS输出D/A转换电路 13 8、幅频特性显示D/A转换电路 14 五、系统软件的设计 15 1．软件总体介绍 15 2．程序流程图 15 六、测试数据与分析 15 1．使用仪器及型号 15 2．测试方案（法） 16 3．测量数据 16 4．数据分析 17 七、总结分析与结论 17 八、参考文献 17 附录 17 一、方案论证与选择 题目任务要求及相关指标分析 题目要求设计并制作程控滤波器，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。其参考原理框图如图1所示。 题目要求放大器输入正弦信号电压振幅10mV，电压增益60dB，10dB步进可调，电压增益误差不大于5%。滤波器可设置成低通或高通滤波器，-3dB截止频率在1k-20kHz范围内可调，步进1kHz。低通滤波器在2fc，高通滤波器在0.5fc处总电压增益不大于30dB。制作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