MAX262濾波器在地下金屬管線(xiàn)探測儀中的應用

式中：B和C是文獻[1]中附錄A給出的相應低通系數。式(1)可以分解成以下兩個(gè)二階函數：

式中：K1，K2分別是兩個(gè)二階系統的級聯(lián)增益，并且K=K1 K 2。式中：

因此只要給出濾波器的中心頻率和品質(zhì)因數，選擇適當的濾波器系數，即可得到所需的濾波器輸出響應。
2．2 在金屬管線(xiàn)探測儀中的實(shí)際應用
在地下金屬管線(xiàn)探測中，小于1 kHz的信號有利于遠距離追蹤和大直徑管線(xiàn)的探測，但容易受到外界干擾，且不易感應到小口徑管線(xiàn)上。而大于80 kHz的信號容易感應耦合到管線(xiàn)上，但探測距離小，不利于遠距離追蹤。綜合考慮，在地下金屬管線(xiàn)探測儀中，用到了400 Hz，8 kHz，30 kHz，60 kHz，80 kHz，120 kHz等幾個(gè)頻率點(diǎn)，所以在金屬管線(xiàn)探測儀的接收機部分，其濾波器的中心頻率必須包含以上幾個(gè)頻率點(diǎn)。然后根據給出的帶通濾波器的通帶寬度、中心頻率和衰減限度，即可計算相應的濾波器設計參數。
2．2．1 硬件設計
在探測儀的接收機中，通過(guò)單片機AT89C2051改變MAX262的控制字及工作方式來(lái)實(shí)現不同頻點(diǎn)的切換。在要求硬件電路盡量簡(jiǎn)單的前提下，通過(guò)對晶振分頻來(lái)產(chǎn)生不同濾波器輸入時(shí)鐘。濾波器設計的硬件電路如圖2所示，整個(gè)系統時(shí)鐘由8 MHz的晶振XTAL提供。通過(guò)74F161分頻可以得到4 MHz，2 MHz，1 MHz的時(shí)鐘。在接收低頻信號時(shí)，通過(guò)AT89C2051來(lái)自定義合適的濾波器輸入時(shí)鐘。由P3．4和P3．5控制74F153來(lái)選擇濾波器輸入時(shí)鐘。MAX262的4位地址線(xiàn)和2位數據線(xiàn)分別連接到AT89C2051的P1口的P1．0～P1．5。寫(xiě)允許輸入端WR連接到P1．7。將MA．X262內部的兩個(gè)二階濾波器組件進(jìn)行級聯(lián)，并使用MAX262自帶的獨立放大器將輸出端的信號進(jìn)行適當的放大。在電源部分，用旁路電容將V-和V+連接到地(一般電解電容為4．7μF，陶瓷電容為O．1μF)。這些電容應盡可能放置在靠近電源引腳的地方。

2．2．2 軟件設計
根據濾波器中用到的各個(gè)頻率點(diǎn)，給出相應的濾波器截止頻率和衰減限度，再結合文獻[2]計算出各個(gè)頻點(diǎn)相應的濾波器編程系數。需要注意的是，有源濾波器的中心頻率f0和品質(zhì)因數Q都是有限的，所以應保證計算出來(lái)的中心頻率f0和品質(zhì)因數Q都在可實(shí)現的范圍內。
在設計濾波器時(shí)，需把MAX262內部的兩個(gè)二階濾波器組件串聯(lián)起來(lái)，組成四階切比雪夫型帶通濾波器。在級聯(lián)過(guò)程中，為了使整個(gè)濾波器的輸出噪聲較低，把具有最高品質(zhì)因數Q的組件放在第一級。參考文獻[2]及濾波器中心頻率f0來(lái)選擇濾波器的輸入時(shí)鐘CLK和品質(zhì)因數Q。最后，利用MAXIM公司提供的相應濾波器設汁輔助軟件來(lái)對參數進(jìn)行適當的調整，使設計結果達到最佳。調整后的第一級濾波器組件的各個(gè)頻點(diǎn)的設計參數和相應的編程系數如表1所示。