開(kāi)關(guān)電容濾波器的系統設計與實(shí)現
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可見(jiàn)，通過(guò)對α2和α5同步編程控制實(shí)現中心頻率ω0的調節。在時(shí)鐘頻率不變的情況下，α6=ω0T／Q不變，保證ω0／Q不變，從而保證ωb和GD不變。這正是所需要的結構。然而在該設計的濾波器中，Q值并不低，可能導致α6=ω0T／Q會(huì )很小，接近于0．01，這又對電容散布帶來(lái)不好的影響。
于是再對高Q結構進(jìn)行分析，看是否更適合本文中濾波器中心頻率編程的要求。為得到良好的動(dòng)態(tài)范圍，選取α2=α5。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/187676.htm
這里需要說(shuō)明的是，圖l所示的低Q值開(kāi)關(guān)電容二階帶通濾波器用到了兩個(gè)運放，其輸出端口分別為V1(z)和Vout(z)。其中V1(z)對應低通濾波特性(如圖2下方曲線(xiàn))，Vout(z)對應帶通濾波特性(如圖2上方曲線(xiàn))，其增益峰值都在濾波器的中心頻率ω0處獲得。為了在濾波器內部得到最大的動(dòng)態(tài)范圍，需要在中心頻率ω0處V1(z)和Vout(z)相等，分別求得V1(z)和Vout(z)對應于Vin(z)的傳輸函數，并計算函數對應于中心頻率ω0處的取值。計算方法很簡(jiǎn)單，將s=jω0分別代入傳輸函數V1(z)和Vout(z)即可。不難發(fā)現，在中心頻率ω0處，當且僅當α2=α5時(shí)，有V1(z)=Vout(z)。圖2和圖3分別通過(guò)仿真分別給出了α2=α5時(shí)與α2≠α5時(shí)兩個(gè)運放的輸出端的頻率幅值響應。仿真結果也很好驗證了低Q結構更適合該濾波器設計要求。
3 運算放大器的設計
運算放大器是開(kāi)關(guān)電容濾波器中重要的元件。如果運算放大器的指標不合理，可能會(huì )影響到整個(gè)濾波器的性能。所以需要根據實(shí)際的濾波器的性能要求選擇適當的運放指標，從而使整個(gè)系統滿(mǎn)足要求。該濾波器的設計指標如表1所示。
對于給定指標的運算放大器，合理的結構選擇是整個(gè)設計中最為關(guān)鍵的一點(diǎn)。在考慮指標實(shí)現的同時(shí)，還需要考慮到可實(shí)現性，同等情況下選擇更簡(jiǎn)單、版圖更小的結構。選擇一級運放。因為其負載電容就是補償電容，無(wú)需特意去增加補償電容，而且相對于二級運放(一般用米勒補償)，一級運放在電源抑制比等方面都有優(yōu)勢。
4 軟件設計
系統控制主要包括輸入儀表放大器控制、峰值檢測控制、開(kāi)關(guān)電容濾波器控制、增益控制、濾波器通道控制、輸出反相控制、鍵盤(pán)控制、顯示控制等部分。這里主要介紹開(kāi)關(guān)電容濾波器的控制。開(kāi)關(guān)電容濾波器的控制包括時(shí)鐘發(fā)生模塊和編程參數控制模塊2部分。時(shí)鐘發(fā)生模塊用于生成的各個(gè)二階濾波器組件的時(shí)鐘信號，該可編程濾波器系統共需3路時(shí)鐘控制。濾波器編程參數控制模塊用于實(shí)現芯片內部程序存儲器編程控制，包括濾波器編程參數讀取模塊和接口時(shí)序控制模塊。
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