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一种程控滤波器的设计

发布时间:2020-07-21 18:01:47 阅读: 来源:PVC护栏厂家

测量系统从传感器拾取的信号中,往往包含有噪声和许多与被测量无关的信号,并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他的处理过程,也会混入各种不同形式的噪声,从而影响测量精度。这些噪声一般随机性强,很难从时域中直接分离,但限于其产生的机理,其噪声功率是有限的,并按一定的规律分布于频域某一特定的频带中。信号分离电路一般采用滤波器实现噪声的抑制,提取所需的测量信号。但是系统中采用的滤波器的形式和截止频率往往是固定的,很难做到可调,这就给系统的设计带来一定的不便。然而,开关电容滤波器的使用可以很好地解决这一问题,但是开关电容滤波器的价格较高,会提高系统的设计成本,因此,这里提出了一种基于状态变量滤波器的解决方案,本设计能够大大降低制作成本,具有很高的应用前景。

本文引用地址: 系统设计方案

设计了一个滤波形式和截止频率可以通过键盘设置的程控滤波器。滤波器输入端采用同相放大电路进行阻抗匹配,使输入电阻达到兆欧数量级。该系统主要由3个部分组成:人机交互模块、双二阶环路滤波模块、可变电阻模块。

双二阶环滤波器电路的截止频率与Q值由其中某些电阻、电容值决定,且两参数相互独立。R-2R梯形网络、电流输出型DAC可等效为阻值仅受输入数据控制的电阻。通过由单片机控制的DAC作为等效电阻来控制滤波器的截止频率和Q值,可实现滤波器参数精确程控,且滤波器参数调节的精度随着DAC位数的增加而增大。该方案可由同一电路产生高通、低通、带通、带阻滤波器,节约了硬件资源,从而有效地降低设计成本。图1为该系统设计框图。

2 硬件电路设计

2.1 双二阶环路滤波器

本系统的核心部分为双二阶环路滤波器,双二阶环路滤波器利用两个以上由加法器、积分器等组成的运算放大电路,根据所要求的传递函数,引入适当的反馈构成滤波电路。其突出的特点是电路灵敏度低,因而特性稳定,并可实现多种滤波功能,经适当改进还可以减少运算放大器的数目。本系统采用了TI公司的四通道运放OPA404,设计了一个双二阶环滤波电路。OPA404是一款四路高速精密运算放大器,其带宽可达* MHz,电压摆率可达35 V/s,可以实现本系统的设计要求,电路原理图如图2所示。

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