单片机可编程低通滤波器设计.docVIP

第５期（总第８６期）  机械管理开发  ２００５年１０月 Ｎｏ．５（ＳＵＭ Ｎｏ．８６） ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ０ｃｔ．２００５  基于单片机可编程低通滤波器设计 耿素军 吕玉祥 （太原理工大学阳泉学院信息工程系 山西 阳泉０４５０００１  【摘  要】  用单片机对仪用放大器和可编程滤波器芯片ＭＡｘ２６２进行程序控制，可以同时对两路输入信号进行二 阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，滤波器的中心频率在１５～５０ ｋＨｚ频率范围内可实现６４级程控调节，其Ｑ 值在０．５～６４范围内实现１２８级程控调节。并提出一种可编程控制放大低通滤波系统的方案。 【关键词】 单片机 开关电容 低通滤波 【中图分类号】 ＴＮ７１３ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００３—７７３Ｘ（２００５）０５—００７８—０２  引  言  一  ２单片集成开关电容滤波器 在拾取传感器信号中，有两个问题需要解决：（１）传 感器信号的幅度小，一般只有仙Ｖ加Ｖ级。（２）拾取信号的 动态范围宽，有时会出现信号干扰源掩盖有用信号的情 况。为了提高测量精度，同时能够有效地抑制干扰信号， 常常需要高精度的测量放大电路和合适的滤波器。随着 ＭＯＳ工艺的迅速发展，可编程的增益可控的放大器和单 片集成的开关电容滤波器的选择就成了首选。 随着ＭＯＳ工艺的迅速发展，由美信公司（ＭＡＸＩＭ） 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，而且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等都 可以通过编程进行设置。这样就避免了传统的有源滤 波器电路需要有较大的电容和精确的ＲＣ时间常数而 且设计和调试都比较麻烦的难题。 １ 程控仪用放大器ＰＧＡ２０２／２０３ （１）ＭＡＸ２６２的内部结构。ＭＡＸ２６２主要由放大器、 ＰＧＡ２０２／２０３是一个单片增益可控的双端输入仪 用放大器。图１给出了其内部电路结构。ＰＧＡ２０２的编程 增益为×１、×１０、×１００、×１ ０００，ＰＧＡ２０３的编程增益为× １、×２、×４、和×８，两者都是Ｆ丌输入，并包含跨导电路， 在不同的增益时，带宽几乎一致。由于采用了激光修正 技术，因而增益失调无需用外接元件调整，使用方便。 该器件可广泛用于自动量程可控电路、数据采集系统 和远距离测量仪器当中。 在实际的使用中，通常采用ＰＧＡ２０２和ＰＧＡ２０３组 成的两级放大器．其放大倍数的范围为ｌ～８ ０００。两种 放大器的放大倍数均由１、２脚的逻辑电平控制，其放大 倍数与逻辑电平的关系如表ｌ，由于ＰＧＡ２０２／２０３的输 入阻抗非常高，因此在使用时需加偏置电流回路。 ＡＤＪＳ 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（ＳＣＮ）和工作模式选择器分别 由编程数据Ｍ０一Ｍ１，Ｆ０一Ｆ５和Ｑ０～Ｑ６控制。ＭＡＸ２６２内 部有两个二级滤波器．滤波器Ａ和Ｂ可以单独使用，也 可以联成四阶滤波器使用。芯片的使用非常灵活，但它 们均受同一组编程数据的控制。 ＭＡＸ２６２芯片的工作频率为１～１４０ ｋＨｚ。当时钟频 率为４ ＭＨｚ，工作模式选择为模式３时，芯片可以对１４０ ｋＨｚ的输入信号进行滤波处理。其它工作模式的最高 工作频率为１００ ｋＨｚ。滤波器Ａ和Ｂ可以采用内部时钟， 也可以采用外部时钟。外部时钟分别从芯片的引脚 ＣＬＫＡ、ＣＬＫＢ引入，对外部时钟无占空比要求。如果要 对更低频率的信号进行滤波处理，可采用ＭＡＸ２６０芯 片，它的工作频率为０．０１～７．５ ｋＨｚ。输入的低频信号可 ６ ９  １０ 表１ 放大器放大倍数与 以直接送到ＭＡＸ２６０芯片的输入端（即ＩＮＡ或ＩＮＢ引  ＩＮ．～ ７ ＩＮ＋！  ｌＩ ＡＯ 趱 ２ｌ １１４ Ａｌ ＤＧＮＤ  —ＢＡＫ 堕ｏＵＴ —ＲＥＦ 羔ＦＩｕＩ＇Ａ  Ａｌ ０ ０ １ １ 逻辑电平的关系表 ‰ ＰＧＡ２０２ ＰＧＡ２０３ Ｏ １ ｌ １ １０ ２ ０ １００ ４ １ ｌ ０００ ８ 脚），输入信号的幅度范围为ＯＶ～＋５Ｖ。 ＭＡＸ２６２芯片有３个编程参数：中心频率而、９值和 工作模式。中心频率由编程数据加～巧控制，共６４个不 同的二进制数据，每个数据对应一个时钟频率尼腩与中 心频率而的比值．厶／．届。Ｑ值由编程数据Ｑ。～Ｑ，控制，共 １２８个不同的二进制数据，每个数据对应一个ｐ值，最 图１ ＰＧＡ２０２／２０３电路结构图 小的ｐ值为Ｏ．５，最大的９值为６４。工作模式由编程数据  作者简介：耿素军，男，１９７０年生，太原理工大学在读研究生，讲师。 ?７８?