開(kāi)關(guān)電容濾波器前置、后置濾波器的設計
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
2 隨動(dòng)跟蹤前、后濾波
2．1 隨動(dòng)方式
在實(shí)際數據采集系統中，可用開(kāi)關(guān)電容濾波器的可程控性能，在很寬的頻率范圍內，隨時(shí)指定開(kāi)關(guān)電容濾波器的時(shí)鐘頻率fclk，進(jìn)而改變濾波器的轉角頻率fc。這時(shí)，開(kāi)關(guān)電容濾波器的前、后置濾波器的頻率也應隨之改變，即實(shí)現隨動(dòng)跟蹤前、后置濾波。
實(shí)現隨動(dòng)跟蹤濾波時(shí)，為簡(jiǎn)化硬件設計，可在滿(mǎn)足最低衰減量的前提下，使開(kāi)關(guān)電容濾波器的轉角頻率變化若干檔后，前、后置濾波器的轉角頻率才變化一檔，即將前、后置濾波器的若干檔轉角頻率合為一檔。具體的判別方法如下：
根據式(7)可知，對于開(kāi)關(guān)電容濾波器指定的轉角頻率fc，其前置濾波器的轉角頻率fpre可以在一定的頻率范圍內取值，記其最小值為min(fpre)，最大值為max(fpre)。對于fcifij，如果min(fprej)max(fprei)，那么就可以將fprei和fprej合為一檔，取新檔的轉角頻率fpre如圖4(a)所示：
min(fprej)≤fpre≤max(fprei) (14)
后置濾波器的情形與之類(lèi)似，如果min(fprej)max(fprei)，則可將fprei和fprej合為一檔，取新檔的轉角頻率fpost如圖4(b)所示：本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/177875.htm
2．2 實(shí)例
在一數據采集系統中，選用MAX295開(kāi)關(guān)電容濾波器作A／D轉換器的抗混迭濾波器。
MAX295是一種時(shí)鐘可編程的八階巴特沃思低通濾波器，轉角頻率可在0．1 Hz～50 kHz的范圍內任意設置，其時(shí)鐘頻率fclk與轉角頻率fc之比N=50。根據系統要求，抗混迭濾波器的轉角頻率應在10 Hz～50 kHz的范圍內，按1-2-5的分度，分為12檔。
此數據采集系統A／D轉換器的分辨率為12位，根據表1可以確定，前置濾波器的衰減量A應大于74 dB?？紤]到實(shí)際可能，這里用2個(gè)LM318構成一個(gè)四階通帶紋波為0．5 dB的Chebyshev濾波器作前置濾波，設置53 Hz，530 Hz，5．3 kHz和53 kHz 4個(gè)轉角頻率覆蓋整個(gè)頻程。
MAX295輸出噪聲甚低(THD+N典型值-70 dB)，因此后置濾波器的衰減量大于10 dB即可滿(mǎn)足要求。為此用其自帶的運算放大器構成一個(gè)二階巴特沃思低通濾波器，并設置53Hz，530 Hz，5．3 kHz和53 kHz 4個(gè)轉角頻率覆蓋整個(gè)頻程。
圖5為此程控抗混濾波器的結構，三級濾波器的頻率設置及最小衰減量如表2所示。其中，前、后置濾波器的一個(gè)轉角頻率可覆蓋開(kāi)關(guān)電容濾波的3個(gè)頻率。例如，前置濾波器與后置濾波器置在53 Hz的轉角頻率可與開(kāi)關(guān)電容濾波的10 Hz，20 Hz和50 Hz 3個(gè)頻率對應，其余類(lèi)推。
所有濾波器元件的參數計算及校核用美國TI公司的“FiherPro低通濾波器設計程序”完成。理論計算和實(shí)測結果均表明，該濾波器完全可以滿(mǎn)足數據采集系統的要求。
3 結束語(yǔ)
筆者提出了開(kāi)關(guān)電容濾波器前置(抗混)濾波器和后置(重建)濾波器的設計參數和設計步驟，并結合數據采集系統的工程實(shí)例，討論了隨動(dòng)跟蹤前后置濾波器的設計問(wèn)題。實(shí)驗表明，筆者提出的設計方法簡(jiǎn)明可靠、行之有效，可作為開(kāi)關(guān)電容濾波器應用的參考。
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