基于MSP430和MAX262程控濾波器的設計

摘要：隨著(zhù)手持設備的廣泛應用，為了滿(mǎn)足系統設備的低功耗要求，設計了基于單片機MSP430、數字頻率源LTC6903、開(kāi)關(guān)電容濾波芯片MAX 262的低功耗程控濾玻器。系統采用單片機控制數字頻率源芯片LTC6903提供步進(jìn)可調的時(shí)鐘信號，以實(shí)現對濾波器截止頻率的靈活調節和濾波類(lèi)型的轉換。該系統改善了傳統有源濾波器器件參數設計困難，截止頻率等參數難以靈活控制和調節的問(wèn)題。與傳統有源濾波器相比，可以完成低通、高通、帶通、陷波功能的轉換，濾波器Q值范圍0．5～8程控調節，截止頻率在100Hz～40 kHz之間100Hz步進(jìn)可調。此外，系統在3．3 V的供電條件以及單片機的ShutDown模式下，比一般的程控濾波器具有更低的功耗。
關(guān)鍵詞：可編程；開(kāi)關(guān)電容濾波器；單片機；幅頻特性測試

在電子系統中，濾波器是數據采集、信號處理等方面不可缺少的重要環(huán)節，如信號采集前的噪聲濾除，D／A轉換輸出的“階梯狀”濾波等等。一般的有源濾波器由運算放大器、RC元件組成，但這種濾波器的截止頻率、Q值等參數都是固定不變的，在某些信號頻率動(dòng)態(tài)范圍較寬的場(chǎng)合就不適宜使用。因此，有必要采取多種截止頻率的濾波器，如程控濾波器，對動(dòng)態(tài)范圍較寬的信號進(jìn)行濾波。美國Maxim公司生產(chǎn)的可編程濾波器芯片MAX262可以通過(guò)編程進(jìn)行各種參數的設置，實(shí)現低通、高通、帶通、陷波等處理，且濾波的特性參數如中心頻率、品質(zhì)因素等，均可以通過(guò)程序設置。
本文介紹以低功耗單片機MSP430F449為控制核心，通過(guò)凌特公司數字頻率源芯片LTC69034產(chǎn)生時(shí)鐘信號精確控制MAX262，以及其與外圍電路構成能實(shí)現多種功能的新穎濾波器系統的設計。本設計最大特點(diǎn)在于數字頻率源LTC6903與MAX262的結合使用，以及MSP430具有的低功耗功能，當系統超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)信號輸入時(shí)程序可以自動(dòng)關(guān)閉CPU進(jìn)入節能省電模式。

1 系統設計方案
系統方案設計如圖1所示，VCA810程控放大器作為信號輸入的前級放大，其增益由單片機控制D／A芯片TLV5616輸出電壓來(lái)調節，步進(jìn)精度可達1 dB，范圍在-40～40 dB。濾波模塊以可編程芯片MAX262作為核心，通過(guò)單片機MSP430和LTC69034程控時(shí)鐘信號芯片進(jìn)行截止頻率的低步進(jìn)調節以及品質(zhì)因素的智能控制。

本設計的特點(diǎn)之一在于MSP430具有低功耗性能，當系統末級超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有檢測到信號輸入時(shí)，程序將自動(dòng)關(guān)閉CPU并處于低功耗狀態(tài)，直到有信號輸入為止。這樣的設計能使系統更為節能，防止無(wú)用地消耗能源。此外，系統附加了幅頻特性測試模塊，掃頻信號由AD公司的AD9851來(lái)產(chǎn)生，頻率步進(jìn)精確到1 kHz。當信號從被測網(wǎng)絡(luò )輸出后通過(guò)AD637檢測到有效值，再采用MSP430F449內部集成的A／D模塊進(jìn)行采樣處理，最后驅動(dòng)雙口D／A在液晶顯示幅頻特性曲線(xiàn)。
2 硬件電路
2．1 前級放大模塊
系統前級采用VCA810程控放大芯片，該芯片具有-40～40 dB增益連續可調的放大功能，其增益可由單片機控制D／A芯片TLV5616輸出電壓Vc給VCA810的3號引腳來(lái)調節，具體增益與電壓的關(guān)系為：G(db)=-40·(Vc+1)dB。