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程控滤波器设计报告

摘要

本系统以STM32F103单片机为核心，由程控放大器，程控滤波器，椭圆滤波

器和幅频特性测试仪四部分构成。可控增益放大器以AD603实现，单片机通过D/A

转换控制电压调节放大电路的增益，最大能放大60db，倍数可调，采用高精度的

电阻匹配，使其具有更好的精度。程控滤波电路采用单片机控制CMOS双二阶通用

开关电容有源滤波器MAX262改变参数，使截止频率从1kHZ到10khz可调，具有很

高的精度，可达到1%。本系统还完成了简易的幅频检测装置，能对目标系统进行

一定精度下的幅频检测，并输出波形。从数据显示来看，本系统能执行可控放大、

滤波及幅频检测等任务，表现出极高的稳定性和可靠性,本系统完成了所有基本功

能和绝大部分发挥部分。

关键字开关电容滤波max262程控放大AD603

1、方案论证与比较

1、题目要求

本作品要求设计并制作一个程控滤波器。经过设计分析，本设计分为放大器

模块、滤波器模块、人机交互模块。

2、方案比较

（1）程控放大器的设计

方案一：采用固定增益运算放大器，通过继电器或模拟开关进行多路的切

换，从而达到增益可以程控的要求。此方案的优点是电路明了，易于控制；缺点是

增益不能任意的改变，要满足题目要求需要做多路放大器，是电路规模变大以致控

制比较复杂，而且易受到干扰，使误差变大。

方案二：采用可控增益放大器AD603来实现，AD603是一种低噪声且有电压

控制增益的放大器，它的增益和控制电压成db线性关系，易于控制放大器增益。

为满足发挥部分电压60db增益，增益10db步进可调的要求，我们采用两片AD603

级联的方式，是增益在-20~60db的增益，可以满足要求。而且电路形式简单，控

制也较容易。因此我们采用此方案。

（2）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。

方案一：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。

方案二：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。

方案三：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和全通

配置且不需外部器件，功能强大，易于掌控。故我们选用此种方案。

（3）椭圆滤波器方案

方案一：采用普通的运放实现。实现四阶椭圆低通滤波器可以通过级联两级

低通带阻滤波器实现。该方案的方法虽然是我们熟悉的滤波器电路，但是实现起来

电路还是较为繁琐，不能够的快速实现要求。

方案二：采用分立元件实现，电路简单易于控制，并且能够快速实现四阶椭

圆低通滤波器。因此我们选用此方案。

（4）幅频特性电路的设计

方案一：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。

方案二：采用检测真有效值芯片AD637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%。

方案三：采用AD采样前置电路，把信号转换为AD采样所需的信号，再用

FFT算法分析信号，最后显示频谱图。这种方法精度较高，误差较小，故采用此方

案。

二、系统设计

1、系统整体框图

根据题目要求，本系统设计包括四大部分：可控增益放大器，程控滤波器，

椭圆滤波器和幅频特性测试仪。系统结构如图1、图2所示。

图1程控滤波器模块框图

图2幅频测试仪框图

2、模块设计

（1）程控放大器模块

考虑AD603输入电阻R=50?，前级用op07连接成跟随器进行隔离。

由AD603的原理可知，当设计通频带为90MHz，增益为-10~30db，输入控制

电压为-0.5~+0.5v。增益和控制电压的关系为

=40U+10。一级放大增益为40db，根据要