可编程滤波器的设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇可编程滤波器的设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：在电子电路中，滤波器是不可或缺的部分，其中有源滤波器更为常用。一般有源滤波器由运算放大器和RC元件组成，对元器件的参数精度要求比较高，设计和调试也比较麻烦。美国Maxim公司生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等，可通过编程进行设置，电路的器件也少。本文介绍MAX262的情况以及由它构成的程控滤波器电路。

关键词：编程 滤波器 设计

一、MAX262芯片介绍

MAX262芯片是Maxim公司推出的双二阶通用开关电容有源滤波器，可通过微处理器精确控制滤波器的传递函数（包括设置中心频率、品质因数和工作方式）。它采用CMOS工艺制造，在不需外部元件的情况下就可以构成各种带通、低通、高通、陷波和全通滤波器。

二、方案的论证和设计

程控放大器的设计

1.利用数字电位器，通过单片机改变负反馈的阻值，进而改变放大倍数，优点电路结构简单，灵活；缺点是精度不够高。

2.利用选择电路，选通某条支路，由于使用的是分立元件，匹配度高，可以使放大倍数的精度大大提高，却也有电路复杂的缺点，由于本设计任务的精度要求，因而选择此种方案。

三、程控滤波器的设计

滤波器设计有很多种，但主要分为数字滤波电路和模拟滤波电路。

1.采用FIR数字滤波器。数字滤波器解决了模拟滤波器所无法克服的电压漂移，温度漂移和噪声等问题，但由于计算量过大，且由于未系统学习过FIR，故不选用。

2.采用有源RC滤波电路，使用数字电位器控制电阻值，从而可以改变电路的滤波特性。特点电路简单灵活，缺点是精度不够，

3.采用专门的开关电容滤波集成芯片。MAX262 是CMOS 双二阶通用开关电容有源滤波器由微处理器精确控制滤波函数可构成各种带通低通高通陷波和全通配置且不需外部器件，功能强大，易于掌控。故选用此种方案。

四、幅频特性电路的设计

幅频特性是指幅度随频率的变化的关系；主要原理是控制扫描信号的频率变化，检测出幅度的变化；对于幅度的检测，传统方案是使用AD，将检测的数据传入控制器，由控制器对数据进行处理，然后DA输出。此种方案复杂，繁琐，精确度不高。现采用检测真有效值芯片LTC1966，LTC1966可以检测交流信号的真有效值具有高精确度，总误差小于0.25%。

滤波电路采用MAX262 是CMOS 双二阶通用开关电容有源滤波器由微处理器精确控制滤波函数可构成各种带通、低通、高通、陷波和全通配置且不需外部器件。

由于内部参数的选择，采用由FPGA分频产生四时钟输入，单片机电路负责向MAX262输入控制信号和数据。

我们采用椭圆形归一化LPF的设计方法。我们选择带内起伏量为1.0db阻带频率为通带频率的4.0倍。带内起伏量为1db时，阻带内有一个限波点的椭圆型归一化LPF的设计数据。

待设滤波器截止频率与基准滤波器截止频率的比值M为：

M = 50k / （ 1 / 2π ） = 314159

对基准滤波器的所有元件值除以M，得到截止频率已变换成待设计滤波器的截止频率160khz时的元件参数。

C1（new）= C1（old）/ M =6.31355μF

C2（new）= C2（old）/ M =156.258nF

L3（new）= L3（old）/ M =3.06374μH

待设滤波器的特征阻抗与基准频率器特征阻抗的比值K为：

K = 51Ω / 1Ω =51

将所有的电感元件值乘以 K ，将所有的电容值除以 K 。这样，便得到了待设计的特征阻抗为51Ω，且截止频率为50K的四阶椭圆滤波器。

C1（new）= C1（old）/ K =123.79 nF

C2（new）= C2（old）/ K =3.0639nF

L3（new）= L3（old）× K =156.25μH

实际电路模块见附录二。

五、幅频特性电路

幅频检测电路基本原理是通过扫描不同频率，通过目标电路，然后检测幅值，显示输出幅值的过程。

扫描频率电路使用FPGA产生的DDS电路，基本输出为10HZ到200KHZ，利用单片机控制DDS的控制字产生步进为10KHZ的扫描频率。

幅值检测电路利用专用芯片LTC1966，LTC1966可以检测交流信号的真有效值具有高精确度，总误差小于0.25%幅度检测电路见附录二。

系统测试：

1.测试使用仪器：pc机，数字示波器TDS1002，F10A型函数信号发生器，直流稳压源LPS-305，DF2172A交流毫伏表。

2.系统整机调试：

2.1程控放大器测试：

测试方案：输入电压振幅为10mv，调节放大倍数，分别测量输出电压。

经测得，在50db以下时，通带包含100 Hz―40khz，60db通带在100-37.5khz。增益10dB步进可调，放大器输出电压无明显失真。

2.2程控滤波器设计

测试方法：跟据截至频率的定义，我们取通带电平下降到-3db的频率点，并分别测出信号频率为高通截止频率一半，低通截止频率二倍，放大电路增益为40dB时，总体电路的增益，电路数据使用交流毫伏表测量。

2.3简易幅频特性仪

测试方案：将简易幅频特性仪通过一目标电路，将输出接示波器；

本设计任务中，我们完成了简易幅频特性仪的设计，性能达到了目标要求；

总结：

我们很好完成了可控放大电路，可控滤波电路等基本要求，可控放大电路能在0db 到60 db可调，精度达到了我们的要求，可控滤波电路能选择高低通设置，并且在1khz到40khz可调，精度达到1%，此外，我们很好的发挥了四阶椭圆滤波器的设计和简易幅频特性仪，并和好达到设计要求。

采用单片机AT89C52完成对可编程滤波器MAX262的控制.能很好地实现有源滤波器的设计工作；这种程控滤波器具有使用灵活、调试容易及工作性能稳定等特点。它只要1片MAX262通过滤波器A和B的缀联就能很容易完成四阶滤波器电路的设计。另外，还可以通过对AT89C52的ALE信号进行倍频和分频，实现对MAX262的所有工作频率范围的覆盖。该电路稍加改动后，还可通过对不同参数和N值的设置，来实现全通、低通、高通、带阻等滤波器的设计。

参考文献：

[1]蒋瑜， 陈循， 杨雪， 阮启明. 基于MAX262的程控滤波器的实现[J]. 电测与仪表 ， 2000，（12）

[2]邓重一. 基于可编程芯片MAX262的有源滤波器[J]. 单片机与嵌入式系统应用 ， 2005，（05）

[3]倪向东. 单片机控制的双路有源滤波器设计[J]. 电子技术应用 ， 2002，（01）

[4]张飞岭， 张永瑞， 谢延廷. 基于MAX262的可程控多频点带通滤波器的设计[J]. 电子科技 ， 2007，（01）

[5]马玲. 程控放大与程控滤波电路设计[J]. 电子工程师 ， 1999，（08） .

[6]菅维乐 ，姜威 ，李文明 ，孔勇. 可编程开关电容通用滤波器MAX260/261/262[J]. 国外电子元器件 ， 2003，（03）

[7]王楚，余道衡.电子线路原理[M].北京：北京大学出版社，1995

[8]余永权.FLASH单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，1997