【文章內(nèi)容簡介】 ，置于高增益檔位 )傳 輸特性進(jìn)行測試，其結(jié)果如圖 所示。 圖 網(wǎng)絡(luò)分析儀測試結(jié)果 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 10 通帶增益 71dB，前置放大器設(shè)置的 增益 值為 倍，換算為增益為 ，除去前置放大器的放大倍數(shù)可以得到在通帶內(nèi)增益為 。低頻截止頻率為 1050Hz,高頻截止頻率為 4500 Hz，符合設(shè)計(jì)要求。 程控開關(guān)電容濾波器 要 檢 測信號的 頻率范圍為 1kHz 到 3kHz，加入程控選頻放大單元 ，改變中心頻率，提高探測 信噪比。開關(guān)電容濾波器主要可分為以下這幾部分：由單片機(jī)構(gòu)成的模塊 控制中心，負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)采集模塊通信，控 制 DDS 和開關(guān)電容濾波器產(chǎn)生不同設(shè)置。開關(guān)電容濾波器共采用兩片 MAX260 共 4 級2 階濾波，每一級濾波中間加入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，控制增益，保證放大器不出現(xiàn)飽和情況。 DDS 部分由 AD9850 構(gòu)成，用來產(chǎn)生不同頻率的時(shí)鐘信號，提供給 MAX260，可以使 MAX260 產(chǎn)生不同中心頻率的帶通濾波特性。 開關(guān) 電容 濾波器 MAX260 特性 開關(guān)濾波器選用可編程程控開關(guān)濾波器 MAX260，其編程簡單，外圍器件少，工作可靠性高。 MAX262 芯片是 Maxim 公司推出的雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器 ,可通過微處理器精確控制 濾波器的傳遞函數(shù) (包括設(shè)置中心頻率、品質(zhì)因數(shù)和工作方式 ) 。它采用 CMOS 工藝制造 ,在不需外部元件的情況下就可以構(gòu)成各種帶通、低通、高通、陷波和全通濾波器。 圖 MAX260 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 11 圖 是 MAX260 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 MAX260 由 2 個(gè)二階濾波器 (A 和 B 兩部分 ) 、 2 個(gè)可編程 ROM 及邏輯接口組成。每個(gè)濾波器部分又包含 2 個(gè)級聯(lián)的積分器和 1 個(gè)加法器。該電路的主要特性有 : ①配有濾波器設(shè)計(jì)軟件 ,可改善濾波特性 ,帶有微處理器接口 。 ②可控制 64 個(gè)不同的中心頻率 f0、 128 個(gè)不同的品質(zhì)因數(shù) Q 及 4 種工作模式 。 ③對中心頻率 f0 和品質(zhì)因數(shù) Q 可獨(dú)立編程 。 ④ 時(shí)鐘頻率與中心頻率比值 (fclk/f0) 可達(dá)到 1%(A 級 )。 ⑤ 中心頻率 f0 的范圍為 75 kHz。 基于 MAX260 的程控開關(guān)濾波器 開關(guān)電容濾波器的框圖如下圖 ： BPA1NC2HPA3NC4INA5D16A37CLKOUT8V+9A210CLKA11CLKB12A113HPB14A015WR16V17GND18OSCOUT19D020BPB21LPB22INB23LPA24U7MAX260AENGIN1D00D01WR260CLKCLKAGNDA5V10mHL12CP231uFCP20AGNDA5V10mHL16CP29Cap1uFCP28AGNDBPA1NC2HPA3NC4INA5D16A37CLKOUT8V+9A210CLKA11CLKB12A113HPB14A015WR16V17GND18OSCOUT19D020BPB21LPB22INB23LPA24U8MAX260AENGIN3D10D11WR260CLKCLKAGNDA5V10mHL13CP241uFCP21AGNDA5V10mHL17CP31Cap1uFCP30AGNDOUT2 JK21KRL322nFCL33KRL133nFCL11KRL622nFCL63KRL533nFCL51KRL422nFCL43KRL233nFCL2OUT1OUT2OUT3OUT1IN2IN2IN3JK1OUT3IN4NOTCH1NOTCH21Tp4Test 1 圖 開關(guān)電容濾波器 MAX260 電路設(shè)計(jì)原理圖 開關(guān)電容濾波器采用兩片 MAX260，共 4 級 2 階濾波，由于設(shè)置的帶寬 在 100Hz 左右 ，所以 Q 值很高，需要在每一級濾波中間加入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，控制增益，保證放大器不出 現(xiàn)飽和情況。為了減少電源噪聲 對電路影響，電源經(jīng)過濾波后給 MAX260 供電。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 12 濾波器時(shí)鐘源 產(chǎn)生及控制 濾波器時(shí)鐘源產(chǎn)生及控制電路如 所示。單片機(jī)采用串行方式對AD9850 進(jìn)行設(shè)置，主要對 40bit 的頻率控制字進(jìn)行設(shè)置，產(chǎn)生所需要頻率的時(shí)鐘信號。輸出的信號經(jīng)過 74HC04 整形，給 MAX260 提供振蕩信號。 通信傳輸協(xié)議采用 232 方式， 弱信號放大器作為下位機(jī)與上位機(jī)采集模塊 進(jìn)行通訊。 123VSS16RESET44041424344578910111213XTAL214VDD38XTAL115171819202122232425PSEN26ALE/PROG2728EA293031323334353637396*1STC89C54RD+1 23 45 67 89 10P3Header 5X2DGNDTXDP485RXDDGNDDGNDTXDP485RXDDGNDDOUTSG5VSG5VRST2KR1322nFC25RSTSG5VRXDTXDSERCONDGNDD31D22D13D04V+6WLCK7FQ_UD8CLKIN9GND10V+11RSET12QOUT13QOUTB14IN15IN+16DACBL17V+18IOUTB20IOUT21RST22V+23GND5D7 /LOAD25D626D527D428GND19GND24U6AD9850BRSR21200R16100R15100R14WLCKFQ_UQRST1LOAD102C461 2U5ASN7404NDGND1DGND2OSC3+5VD4OSC1OSC40MHzDGNDD5VCLKIN1KR2010KR19D5VDGNDDGNDDGNDD5V10mHL9CP11Cap1uFCP10DGNDCLKWLCKFQ_UQRST1LOAD D00D01D10 D11122130PC47DGND122130PC48XTAL1XTAL2XTAL2 XTAL1PRE_SDATAPRE_SCLK12Y1XTALDGND164DATA164CLK100R28WR260DGND1Tp7Test 11Tp8Test 11Tp9Test 1 圖 單片機(jī)控制和 DDS 電路 阻容衰減 匹配網(wǎng)絡(luò) 為了達(dá)到很窄的帶寬需要很高的 Q 值 ，需要兩片 MAX260 級聯(lián)，可能出現(xiàn)放大器飽和 現(xiàn)象 ，為了防止飽和的出現(xiàn)，在每級濾波器的輸出加入了衰減網(wǎng)絡(luò)來提供一定的衰減，同時(shí)提供一定的濾波作用，濾除開關(guān)電容濾波器產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲。電路如圖 所示。衰減網(wǎng)絡(luò)的仿真?zhèn)鬏斕匦匀鐖D 所示。 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 13 圖 開關(guān)電容濾波器級聯(lián)電阻衰減網(wǎng)絡(luò) 圖 阻容衰減網(wǎng)絡(luò)傳輸特性 測試結(jié)果 改變?yōu)V波 器 中心頻率， DDS經(jīng)過整形后的波形如下圖： （ a） 0f =1000Hz （ b） 0f =1750Hz 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 14 （ c） 0f =2326Hz （ d） 0f =3000Hz 圖 改變 濾波器 中心頻率 DDS 輸出頻率測試結(jié)果 改變?yōu)V波器中心頻率， DDS 輸出頻率隨著變化，也即證明了濾波器的中心頻率隨著濾波器輸入頻率的變化而變化，與設(shè)計(jì)相符。 改變中心頻率開關(guān)電容濾 波器傳輸特性網(wǎng)絡(luò)分析儀測試結(jié)果： （ a） 0f =1000Hz （ b） 0f =1750Hz （ c） 0f =2326Hz （ d） 0f =3000Hz 圖 改變中心頻率開關(guān)電容濾波器傳輸特性網(wǎng)絡(luò)分析儀測試結(jié)果 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 15 從測試結(jié)果 得出，當(dāng) 濾波器 中心頻率 設(shè)置 增大時(shí)，帶寬也在相應(yīng)的增大，但是在一定范圍內(nèi)，符合整個(gè)設(shè)計(jì)要求。 程控增益放大器 in16out1v2en3cs4f35f26f17f08g09g110g211g312rst13v+14gnd15U9LTC1564A5V10mHL14CP251uFCP22AGNDA5V10mHL18CP33Cap1uFCP32AGNDOUT4LOUT 圖 程控放大器電路 圖 為程控增益放大器設(shè)計(jì)電路 ，采用芯片 LTC1564，放大倍數(shù) G設(shè)置范圍為 116，可通過數(shù)據(jù)采集模塊上位機(jī)進(jìn)行設(shè)置。改變程控增益放大器設(shè)置傳輸特性測試（包括開關(guān)電容濾波器）如圖 。 實(shí)現(xiàn)了程控放大的基本功能。 （ a） G = 1 （ b） G = 2 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 16 （ c） G = 6 （ d） G = 9 圖 改變程控增益放大器設(shè)置時(shí)傳輸特性測試 跟隨器和直流偏置 、峰值檢波 給經(jīng)過放大、濾波的信號加一 的直流偏置， 使輸出信號為正值，再經(jīng)過跟隨器， 降低 輸出阻抗，以減少對后續(xù)電路的影響。電路 如圖 。 采用平均值檢波器對通過跟隨器后的電壓 檢波， 本文采用半波檢波，檢波電路輸出的直流電壓正比于輸入交流電壓絕對值的平均值 ， 如 圖 （ a） 為 簡單的二極管阻容檢波電路， 電路 仿真 結(jié)果 如圖 （ b） 。 10mHL10CP151uFCP14AGND10mHL15CP27Cap1uFCP26AGNDFOUTA5VA5V1KR271KR24VREF411567BU12BLT1499CS231411AU12ALT1499CSOUTPUT 圖 直流偏置和跟隨器電路設(shè)計(jì)圖 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 17 （ a） 電路原理圖 （ b） EWB 仿真結(jié)果 圖 峰值檢波電路 吉林大學(xué)本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 18 4 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)圖如圖 所示。包括 控制器 及其外圍電路和各種接口。外圍電路有復(fù)位電路和外部晶振電路，接口包括下載接口（ P7）、電源接口、串口通信接口、 A/D 輸入接口、鍵盤接口和液晶顯示接口。 12RST3456XTAL27XTAL189101112131415GND16171819202122232425262728293031VCC32U1STC12C5408ADRxDTxDINT0