開關電容濾波器前置、后置濾波器的設計
加入技術交流群
2 隨動跟蹤前、后濾波
2．1 隨動方式
在實際數據采集系統中，可用開關電容濾波器的可程控性能，在很寬的頻率范圍內，隨時指定開關電容濾波器的時鐘頻率fclk，進而改變濾波器的轉角頻率fc。這時，開關電容濾波器的前、后置濾波器的頻率也應隨之改變，即實現隨動跟蹤前、后置濾波。
實現隨動跟蹤濾波時，為簡化硬件設計，可在滿足最低衰減量的前提下，使開關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，對于開關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://www.104case.com/article/177875.htm
2．2 實例
在一數據采集系統中，選用MAX295開關電容濾波器作A／D轉換器的抗混迭濾波器。
MAX295是一種時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。考慮到實際可能，這里用2個LM318構成一個四階通帶紋波為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個轉角頻率覆蓋整個頻程。
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即可滿足要求。為此用其自帶的運算放大器構成一個二階巴特沃思低通濾波器，并設置53Hz，530 Hz，5．3 kHz和53 kHz 4個轉角頻率覆蓋整個頻程。
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、后置濾波器的一個轉角頻率可覆蓋開關電容濾波的3個頻率。例如，前置濾波器與后置濾波器置在53 Hz的轉角頻率可與開關電容濾波的10 Hz，20 Hz和50 Hz 3個頻率對應，其余類推。
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。理論計算和實測結果均表明，該濾波器完全可以滿足數據采集系統的要求。
3 結束語
筆者提出了開關電容濾波器前置(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例，討論了隨動跟蹤前后置濾波器的設計問題。實驗表明，筆者提出的設計方法簡明可靠、行之有效，可作為開關電容濾波器應用的參考。
評論