1 引言
MAX262為雙二階開(kāi)關(guān)電容有源濾波器，可通過(guò)單片機(jī)SPI總線精確控制濾波器的傳遞函數(shù)。獨(dú)立編程設(shè)置其中心頻率和品質(zhì)因數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能控制。并且可通過(guò)附帶的濾波器設(shè)計(jì)軟件任意改善濾波特性。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是由放大器、濾波器、幅頻特性測(cè)試模塊、橢圓濾波器和控制模塊等部分構(gòu)成，采用AD603與MAX262相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)任意增益設(shè)置以及滿足高、低、帶通濾波參數(shù)的要求。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
該系統(tǒng)方案如圖1所示，以低噪聲、精密控制的可變?cè)鲆娣糯笃鰽D603為核心設(shè)計(jì)程控增益放大器。其最大增益誤差為0.5 dB，滿足高精度要求，其增益(dB)與控制電壓(V)成線性關(guān)系，因此可使用單片機(jī)控制D／A輸出電壓改變放大器增益，同時(shí)減少噪聲和干擾。以MAX262為核心的程控濾波器通過(guò)單片機(jī)SPI總線精確控制濾波器的傳遞函數(shù)，對(duì)中心頻率和品質(zhì)因數(shù)獨(dú)立編程設(shè)置，實(shí)現(xiàn)64級(jí)中心頻率、128級(jí)品質(zhì)因數(shù)的智能控制。點(diǎn)陣式LCD構(gòu)建友好的菜單界面并顯示自定義提示和復(fù)雜的圖形數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)增加了幅頻特性測(cè)試儀，其信號(hào)發(fā)生部分采用Altera公司的FPGA EP1C6T144C8，利用DDFS技術(shù)產(chǎn)生頻率范圍為100 Hz～200 kHz的掃頻信號(hào)，頻率步進(jìn)可精確到1 kHz內(nèi)。信號(hào)送人被測(cè)網(wǎng)絡(luò)，輸出通過(guò)AD637得到信號(hào)的真有效值，采用A／D進(jìn)行采集并發(fā)送回單片機(jī)進(jìn)行處理，在液晶顯示屏上可畫(huà)出系統(tǒng)的幅頻特性圖。
3 理論分析與計(jì)算
3.1 程控放大模塊
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用兩片AD603順序連接，兩極間以電容耦合。由于一片AD603在已定制的模式下增益為-10 dB～30 dB，帶寬為90 MHz，故級(jí)聯(lián)方式可使增益達(dá)到-20 dB～60 dB，控制電壓為0 V～2 V。該控制電壓由單片機(jī)控制8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0832產(chǎn)生，其精度可達(dá)2 V／256=0.007 812 5 V，增益精度可達(dá)0.312 5 dB。因此，完全可滿足系統(tǒng)發(fā)揮部分中增益60 dB，步進(jìn)10 dB的要求。
3.2 MAX262模塊
采用MAX262雙濾波器級(jí)聯(lián)構(gòu)成四階程控濾波器，輸入脈沖是由單片機(jī)的ALE通過(guò)十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行十六分頻所提供的。MAX262的低通濾波傳遞函數(shù)為：
3.3 幅頻特性測(cè)試模塊
FPGA由DDS原理產(chǎn)生掃頻信號(hào)，其內(nèi)置雙口RAM頻率字位寬32 bit系統(tǒng)時(shí)鐘fCLK為166 MHz，因此，頻率分辨率f=fCLK／232=0.038 64 Hz，其帶寬為166 MHz。真有效值轉(zhuǎn)換器AD637的轉(zhuǎn)換公式為Vrms=Avg[VIN／Vrms]，讀取輸出信號(hào)的有效值。
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