開關(guān)電容濾波器的系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
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可見，通過對α2和α5同步編程控制實現(xiàn)中心頻率ω0的調(diào)節(jié)。在時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(jié)構(gòu)。然而在該設(shè)計的濾波器中，Q值并不低，可能導(dǎo)致α6=ω0T／Q會很小，接近于0．01，這又對電容散布帶來不好的影響。
于是再對高Q結(jié)構(gòu)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。為得到良好的動態(tài)范圍，選取α2=α5。本文引用地址：http://www.104case.com/article/187676.htm
這里需要說明的是，圖l所示的低Q值開關(guān)電容二階帶通濾波器用到了兩個運(yùn)放，其輸出端口分別為V1(z)和Vout(z)。其中V1(z)對應(yīng)低通濾波特性(如圖2下方曲線)，Vout(z)對應(yīng)帶通濾波特性(如圖2上方曲線)，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(nèi)部得到最大的動態(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(yīng)于Vin(z)的傳輸函數(shù)，并計算函數(shù)對應(yīng)于中心頻率ω0處的取值。計算方法很簡單，將s=jω0分別代入傳輸函數(shù)V1(z)和Vout(z)即可。不難發(fā)現(xiàn)，在中心頻率ω0處，當(dāng)且僅當(dāng)α2=α5時，有V1(z)=Vout(z)。圖2和圖3分別通過仿真分別給出了α2=α5時與α2≠α5時兩個運(yùn)放的輸出端的頻率幅值響應(yīng)。仿真結(jié)果也很好驗證了低Q結(jié)構(gòu)更適合該濾波器設(shè)計要求。
3 運(yùn)算放大器的設(shè)計
運(yùn)算放大器是開關(guān)電容濾波器中重要的元件。如果運(yùn)算放大器的指標(biāo)不合理，可能會影響到整個濾波器的性能。所以需要根據(jù)實際的濾波器的性能要求選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)放指標(biāo)，從而使整個系統(tǒng)滿足要求。該濾波器的設(shè)計指標(biāo)如表1所示。
對于給定指標(biāo)的運(yùn)算放大器，合理的結(jié)構(gòu)選擇是整個設(shè)計中最為關(guān)鍵的一點。在考慮指標(biāo)實現(xiàn)的同時，還需要考慮到可實現(xiàn)性，同等情況下選擇更簡單、版圖更小的結(jié)構(gòu)。選擇一級運(yùn)放。因為其負(fù)載電容就是補(bǔ)償電容，無需特意去增加補(bǔ)償電容，而且相對于二級運(yùn)放(一般用米勒補(bǔ)償)，一級運(yùn)放在電源抑制比等方面都有優(yōu)勢。
4 軟件設(shè)計
系統(tǒng)控制主要包括輸入儀表放大器控制、峰值檢測控制、開關(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、鍵盤控制、顯示控制等部分。這里主要介紹開關(guān)電容濾波器的控制。開關(guān)電容濾波器的控制包括時鐘發(fā)生模塊和編程參數(shù)控制模塊2部分。時鐘發(fā)生模塊用于生成的各個二階濾波器組件的時鐘信號，該可編程濾波器系統(tǒng)共需3路時鐘控制。濾波器編程參數(shù)控制模塊用于實現(xiàn)芯片內(nèi)部程序存儲器編程控制，包括濾波器編程參數(shù)讀取模塊和接口時序控制模塊。
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