開關電容濾波器的系統設計與實現
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4．1 時鐘發生模塊
時鐘信號發生器模塊由頻率跟蹤檢測、參數讀取、除法器、分頻器和時鐘使能控制等部分構成。
1)頻率跟蹤檢測 濾波器在跟蹤工作模式下，PLC需檢測信號的周期。對輸入脈沖周期進行計數，將一個輸入信號周期所占的時鐘周期數輸出給參數讀取模塊進行處理，程序較為簡單。
2)參數讀取 根據濾波器類型、濾波器逼近函數和濾波器階數生成ROM的讀取地址。濾波器在典型和跟蹤工作模式下選擇對應的ROM讀取除法器的被除數或除數；手動工作模式下，被除數為常數，除數直接從按鍵的鍵值輸入緩沖區讀取。由于系統使用2片MAX260，需要4路時鐘，故要讀出4組被除數和除數。圖4為參數讀取模塊的仿真波形，圖中的z1_f，z2_f，z3_f，z4_f為4組被除數，d1_f，d2_f，d3_f，d4_為4組除數。本文引用地址：http://www.104case.com/article/187676.htm
3)除法器 由于PLC采用50 MHz的晶振，輸入的中心頻率(或截止頻率)最大為4 kHz，因此采用26位除法器。由于PLC的除法指令需要占用很大資源，本設計采用移位相減實現除法運算。除法器的狀態圖如圖5所示，除法器的算法如下：將被除法從高位開始移入移位寄存器的低位，移位寄存器每移位一次后與除數相減，結果大于零則商置1，將相減得到的結果后接還未移入移位寄存器的被除數再左移；結果小于零，則商置零，將原被減數后接還未移入移位寄存器的被除數再左移。如此移位相減直至被除數全部位數判斷完成，即移位相減26次以后，除法完成。
4)分頻器模塊和時鐘使能 分頻器從除法器的結果作為分頻系數對PLC的時鐘頻率分頻，得到各個二階濾波器組件的時鐘信號。時鐘信號產生后并不馬上送入MAX260的時鐘輸入引腳，需檢測到MAX260的編程代碼下載完成后再使能時鐘輸出，下載過程中，時鐘信號保持高阻態，且對未使用的二階濾波器組件，其時鐘信號亦保持高阻態。
4．2 濾波器編程參數控制
本系統中濾波器在典型和跟蹤工作模式下的逼近函數是確定的，故其編程代碼也是確定的，將編程代碼存入存儲器中，根據濾波器的各參數讀取編程代碼即可。手動模式下，編程參數由外部輸入。為方便下載，將4個二階濾波器節組件的編程代碼組成一個64位的編程控制字。每種逼近函數的各階低通、高通和帶通濾波器對應一個64位的編程控制字，故共有48個編程控制字。每個編程控制字的格式中前8位對應第一片MAX260的二階濾波器組件A，第16位至第32位對應第一片MAX260的二階濾波器組件B，后32位對應第二片MAX260。
控制字的位數是固定的，與濾波器設定的階數無關，即與所使用的二階濾波器組件的個數無關，未使用的二階濾波器組件的對應控制字位置零，由于未使用的二階濾波器組件的時鐘信號保持高阻態，故對其進行寫操作后該組件仍不會工作，不會對總濾波器構成影響。當使用第一片MAX260時，控制字的高32位全部置為零，此時控制字將使第二片MAX260進入低功耗的待機模式。
5 結論
合理地選擇濾波器的類型和階數是濾波器設計的第一步，是由不同的應用需要，不同的信號與噪聲特點，不同的精度要求來決定。基于電力現通訊信號的特點，采用6階切比雪夫近似濾波器。通過對濾波器結構的比較，采用低Q結構，分析了開關電容電路和電容編程陣列，最終設計一個可編程開關電容6階帶通濾波器；在濾波器設計中，運放器選擇增益為70 dB，帶寬為10倍時鐘頻率，是合理的性能指標；通過對設計的開關電容濾波器進行仿真，結果基本與設計目標吻合。
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