模拟技术中的基于MAX260的低频微弱信号的模拟预处理
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2020-11-18
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模拟技术中的基于模拟技术中的基于MAX260的低频微弱信号的模拟预处理的低频微弱信号的模拟预处理
引言 微弱信号检测(Weak Signal Detection)是随着工程应用而不断发展的一门学科，是利用电子学、信息
论和物理的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，采用一系列信号处理的方法，
检测被噪声背景淹没的微弱信号[1]。强噪声背景下微弱信号处理是现代信号处理技术中的一项综合技术和尖端
领域，运用这种技术使得微弱量(如弱光、小位移、微振动、弱声及微电流等)的检测成为可能，大大提高了微弱
信号检测的精度。 对信号的预滤波处理则成为了提高其准确度的关键要素，本文就是基于这样的思想，利
用MAX260的特性来进行设计出具有良好效果的预滤波器。我相信，随着社会以及科技
引言
微弱信号检测(Weak Signal Detection)是随着工程应用而不断发展的一门学科，是利用电子学、信息论和物理的方法，分
析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，采用一系列信号处理的方法，检测被噪声背景淹没的微弱信号
[1]。强噪声背景下微弱信号处理是现代信号处理技术中的一项综合技术和尖端领域，运用这种技术使得微弱量(如弱光、小位
移、微振动、弱声及微电流等)的检测成为可能，大大提高了微弱信号检测的精度。
对信号的预滤波处理则成为了提高其准确度的关键要素，本文就是基于这样的思想，利用MAX260的特性来进行设计出具
有良好效果的预滤波器。我相信，随着社会以及科技的发展，在这方面的应用于开发必将在物理、化学、天文、生物、医学以
及多种工程应用领域得到广泛的应用，在国内外越来越得到重视。
模拟信号处理系统原理
我们假定接收到的信号已经通过频率转换变为基带信号。为了防止未知的噪声信号使放大器饱和，我们通常进行多级放
大。先将输入的基带信号通过滤波器提取出我们感兴趣的频段，并抑制一定的噪声。通过两级滤波放大，已经将隐藏在噪声中
的微弱信号变为适当幅度的平稳信号，为后续的A/D变换、LCD显示等信号处理打下良好的基础。这个过程就构成了信号滤波
放大系统，原理框图如图1所示：
图1 模拟信号处理系统原理框图
器件的选择与应用
很多情况下我们要处理频率接近于零频的微弱信号,比如人体呼吸及心跳所产生的频率（0.03Hz～3.3Hz），因此在选择
滤波器件时，要求该滤波器具有很低的中心频率范围以及陡峭的过渡带，这就对器件提出了很高的要求。
可编程开关电容滤波器MAX260
MAX260 是美国Maxim公司推出的CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器，可以采用微处理器控制其精确滤波器函数，无
需外围元件即可构成多种带通、低通、高通、带阻、全通滤波器，其内部含有两个二阶滤波单元，每个单元中心频率、Q值、
滤波器工作模式均可由程序设置。MAX260比MAX261和MAX262有较好的偏移与直流特性。具有如下特点：微处理器接口、
64步中心频率控制、128步品质因数控制、独立的中心频率和品质因数编程、保证时钟频率f0对比值精度为1%、单+5V或±5V
电源电压工作以及0.01Hz到7.5kHz的中心频率范围。并且与数字滤波器相比，处理速度快、整体结构简单。芯片的内部结构
如图2所示：
图2 滤波器框图（一个二阶组）
其芯片主要由放大器、积分器、电容切换网络(SCN) 和工作模式选择器组成。积分器、电容切换网络和工作模式选择器分
别由编程数据M0,M1、 F0～F5 和Q0～Q6 控制。每片MAX260包括两个二阶开关电容有源滤波器，每个二阶组使用两个串联
的积分器和一个求和运算放大器。每个二阶滤波器组件有四种工作方式及各自的时钟输入和独立的f0和Q控制。每个二阶组的
中心频率是由其输入的时钟频率和六位编程代码决定的，Q值由七位代码控制。 MAX260系列滤波器中，内部采样速率为输入
速率的一半。MAX260使用了MAX261或MAX262中不具有的自动调零电路，这可以提供更好的DC 特性，并通过牺牲高端频
率和信号带宽提供改进的低频特性。故可很好的用于低频信号的滤波处理。
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