基于單片機的程控有源濾波器電路

有源濾波器廣泛應用于數字信號處理、通信、自動控制領域，但設計可變寬頻帶有源濾波器則比較困難。利用單片機控制參數可編程的雙二階通用開關電容有源濾波器，精確設置有源濾波器的中心頻率f0，品質因數Q及有源濾波器的工作方式。

2 開關電容有源濾波器工作原理

開關電容有源濾波器的基本原理是在電路兩節點之間接具有高速開關的電容器，等效于兩節點之間連接一只電阻。圖1(a)是一個有源RC積分器，圖1(b)是采用一只接地電容C1和CMOS開關T1、T2替代輸入電阻R1。圖1(c)是不重疊的兩相時鐘脈沖，用于驅動T1、T2。時鐘頻率fCLK高于信號頻率。當φ1為高電平時，T1導通(視短路)而T2截止(視開路)，此時C1與輸人信號V1相連并充電(如圖1(d)所示)，即有電荷qc1=ClV1。當φ2為高電平時，T1截止而T2導通，此時C1與輸入信號V1斷開而接至運算放大器的輸入端，C1放電，充電電荷qc1傳輸至C2。每一時鐘周期TC內，從信號源提取的電荷qc1=C1V1提供至積分電容器C2。因此，在節點1、2之間流過的平均電流為iav=C1V1/TC。若TC足夠短，可近似認為這一過程是連續的，因而可在兩節點間定義一只等效電阻Req，即Req=VI/iav和Req=TC/C1。這樣可得到等效積分器時間常數τ，即τ=C2Req=TcC2/C1。顯然，濾波器頻率響應的時間常數τ取決時鐘周期TC和電容比值C2/C1，而與電容的絕對值無關，集成電路工藝制作小容量電容易于實現。當電容比值恒定時，改變時鐘頻率，就可改變濾波器的截止頻率，即開關電容濾波器的基本工作原理。

3 MAX262簡介

MAX262是美國Maxim公司生產的雙二階通用開關電容有源濾波器，其引腳功能及內部框圖如圖2所示。MAX262內部集成有2個結構相同的二階通用開關電容有源濾波器及1個獨立的運算放大器OP。這兩個有源濾波器既可獨立使用，也可串聯使用。對濾波器的工作方式，中心頻率f0，品質可通過D0D1，A0～A3端口線在WR上升沿寫入所選中的內部單元來設置濾波器的工作方式、中心頻率f0以及品質因數Q等參數。詳見表1所列。其中，中心頻率f0的范圍為1 Hz～140 kHz。fCLKA和fCLKB為內部開關電容網絡所需的外部時鐘，一般為中心頻率f0的幾十至上百倍。

表1中MOM1為工作方式，僅在地址為A3A2A1A0=0000(或1000)時才能寫入。F0～F5為f0控制字，Q0～Q6為品質因數Q的控制字。D0D1=00時為工作方式1，實現LP(低通)、BP(帶通)、N(陷波)功能;D0D1=01時為工作方式2，實現區別于工作方式1的LP(低通)、BP(帶通)、N(陷波)功能;D0D1=10時為工作方式3，實現LP、BP、HP(高通)功能;D0D1=10時，若使用獨立運放OP為工作方式3A，實現有別于工作方式3的LP、BP、HP功能。D0D1=11時為工作方式4，實現LP、BP、AP(全通)功能。MAX262有INA、INB兩個信號輸入端，允許最大輸入電壓振幅為±4.7 V。

4程控有源濾波器硬件電路設計

程控有源濾波器硬件電路框圖如圖3所示。利用89C51控制鍵盤顯示器8279、可編程計數器8254、可編程有源濾波器MAX262。其中8254是3通道16位可編程計數器，計數時鐘頻率可達10 MHz，可向MAX262提供精確的時鐘頻率fCLKA和fCLKB。

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