基于單片機(jī)和FPGA設(shè)計(jì)的程控濾波器

　　3主要功能電路設(shè)計(jì)

　　3.1放大模塊

　　放大模塊的具體電路如圖2所示。第一部分是一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)，其中前4個(gè)電阻將輸入信號(hào)衰減100倍，并與信號(hào)源內(nèi)阻共同構(gòu)成51Ω阻抗，后面的51Ω為匹配電阻。第二部分采用OPA690將小信號(hào)放大2倍，同時(shí)起到阻抗變換和隔離的作用。由于AD603輸入阻抗為100Ω，所以在后面串接一個(gè)100Ω的電阻進(jìn)行匹配。第三部分即為AD603可變?cè)鲆娣糯螅脑鲆骐S著控制電壓的增大以dB為單位線性增長(zhǎng)。1腳的參考電壓通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制DAC芯片輸出電壓來(lái)得到，從而實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)控。增益G(dB)=40VG+G0，其中VG為差分輸入電壓，范圍-500～500mV;G0是增益起點(diǎn)，接不同反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)也不同。在5、7腳間接一個(gè)5kΩ的電位器，從而改變。

　　圖2 放大模塊

　　3.2高通濾波模塊

　　LTC1068是低噪聲高精度通用濾波器，當(dāng)其用于高通濾波時(shí)，截止頻率范圍1 Hz～50 kHz，并且直至截止頻率的200倍都無(wú)混疊現(xiàn)象。由于LTC1068的4個(gè)通道都是低噪聲、高精度、高性能的2階濾波器，因此每個(gè)通道只要外接若干電阻就可以實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通和帶阻濾波器的功能。具體電路如圖3所示。其中B端口Q值0.57，A端口Q值約為1.在電路的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，A口的Q值需比B口Q值大，否則信號(hào)在截止頻率處幅值會(huì)有上翹。

　　圖3 LTC1068高通濾波

　　LTC1068的時(shí)鐘頻率與通帶之比為200：1，由于LTC1068內(nèi)部對(duì)時(shí)鐘信號(hào)CLK二倍頻，所以當(dāng)截止頻率最小為1 kHz時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘頻率其實(shí)為400kHz，故在LTC1068后面再加一個(gè)截止頻率為450kHz的低通濾波器以濾除分頻帶來(lái)的噪聲及高次諧波。

　　3.3低通濾波模塊

　　用MAX297實(shí)現(xiàn)低通濾波器。開關(guān)電容濾波器MAX297可以設(shè)置為8階低通橢圓濾波器，阻帶衰減為-80dB，時(shí)鐘頻率與通帶頻率之比為50：1.通過(guò)改變CLK的頻率，即可滿足濾波器-3 dB截止頻率在1～20kHz范圍內(nèi)可調(diào)，步進(jìn)1 kHz的要求。

　　在使用MAX297時(shí)要注意的是，當(dāng)信號(hào)頻率和采樣辨率同頻，開關(guān)電容組在電容上各次采到相同的幅度為信號(hào)幅值的信號(hào)，相當(dāng)于輸入信號(hào)為直流的情況，使濾波器輸出一個(gè)直流電平。同理，當(dāng)信號(hào)頻率為采樣頻率的整數(shù)倍時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。為此，在其前面，要增加模擬低通濾波器，把采樣頻率及其以上的高頻信號(hào)有效地排除。故又用一級(jí)MAX297，截止頻率設(shè)置為50kHz.其中時(shí)鐘頻率設(shè)置為2.5 MHz.在其后面，也要增加低通濾波器，其截止頻率為150 kHz，以濾去信號(hào)的高頻分量，使波形更加平滑。具體電路如圖4所示。

　　圖4 MAX297低通濾波