程控滤波器设计

### 程控滤波器设计相关知识点 #### 一、程控滤波器概述 程控滤波器是一种能够通过程序控制其功能特性的滤波器，这使得它非常适合用于嵌入式系统的设计中。程控滤波器可以根据不同的应用需求调整其参数，如截止频率、增益等，从而灵活地应用于各种信号处理场景。 #### 二、系统组成及功能特点 该系统主要由四个模块组成： 1. **程控放大器**：负责将输入信号进行放大处理。放大器的最大电压增益为60dB，可以以10dB的步进进行调节，增益误差不超过5%。其通频带范围为100Hz至200kHz，输出信号无明显失真。 2. **程控滤波器**：此滤波器基于MAX262芯片，可以通过程序控制设置为低通滤波器或高通滤波器。其-3dB截止频率可以在1kHz至20kHz的范围内调整，频率步进为1kHz。 3. **四阶椭圆低通滤波器**：这是一种四阶有源滤波器，带内起伏小于等于1dB，-3dB通带为50kHz。当放大器与该滤波器组合使用时，在200kHz处的总电压增益应小于5dB，-3dB通带误差不超过5%。 4. **简易幅频特性测试仪**：用于输出扫频信号，频率设置范围为100Hz至200kHz，频率步进为100Hz。该仪器可用于测试系统的幅频特性。 #### 三、设计需求 系统的设计需求分为基本要求和发展要求两个方面： - **基本要求**：包括放大器的基本性能指标、滤波器的类型及性能指标等。例如，滤波器可设置为低通或高通，其-3dB截止频率在1kHz至20kHz范围内可调，频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB等。 - **发展要求**：在基本要求的基础上增加了更高级的功能，如提高放大器的增益至60dB，减少增益误差至5%以内，增加四阶椭圆低通滤波器等。 #### 四、整体方案 - **程控放大器电路**：由小信号放大电路与DA衰减电路组成，能够实现小信号放大增益60dB，增益10dB步进可调。通过10位DA实现信号衰减，结合固定的小信号放大电路实现增益调节。 - **程控滤波器**：以MAX262芯片为核心，利用微处理器精确控制滤波函数，构成低通、高通滤波器。通过改变MAX262的时钟信号频率fclk与MAX262的频率控制字N来调节滤波器的截止频率。采用AD9854集成DDS芯片作为稳定的可控时钟信号源。 - **简易幅频特性测试仪**：由DDS AD9854产生扫频信号，有效值采集电路测量被测网络的输出信号有效值。通过有效值检测芯片AD637和AD转换器测量有效值，再通过单片机转换为峰值，并通过液晶显示模块显示幅频特性曲线。 #### 五、系统控制 系统采用了多机控制结构，以AT89S52单片机为核心，通过3个I/O口实现4×4键盘输入，以及中文液晶显示，提供了友好的人机交互界面。这种设计简化了系统控制流程，确保了系统的稳定运行。 #### 六、理论分析与计算 - **程控放大电路**：由小信号放大电路与DA衰减电路组成，通过10位DA实现信号衰减。小信号放大电路设置为固定1000放大倍数。 - **程控滤波器设计**：MAX262芯片包含两个二阶滤波器，通过微处理器控制滤波函数构成不同类型的滤波器。滤波器的中心频率f0、品质因数Q和滤波器工作方式可通过程序控制。输入时钟与6位f0编程输入代码共同决定了滤波器的中心或截止频率。 程控滤波器设计通过集成多种先进的技术和元器件，实现了灵活的信号处理能力，适用于多种复杂的嵌入式应用场景。通过对滤波器和放大器的各项性能指标进行精细调节，该系统能够在不同的信号处理任务中表现出色。