ispPAC及其濾波器設計

濾波器的實現

在一個實際應用的電路系統中，它的輸入信號往往受干擾等因素，會含有一些不必要的噪聲成分，應當把它衰減到足夠小的程度，從而達到把我們需要的信號從輸入信號源中分離出來。而為了解決上述問題，我們可以采用有源濾波器來實現。

下面介紹一下如何用在系統可編程模擬器件實現濾波器的設計方法。通常我們可以用三個運算放大器來實現雙二階型函數的電路。雙二階型函數能實現各種濾波器函數，如低通、高通、帶通、帶阻等。雙二階函數T(s)的表達式如下，式中m=1或n=1或0：

由于這種電路的靈敏度相當低，所以電路容易調整，而且這種電路的另一個顯著特點是只需要附加少量的元件就能實現各種濾波器函數。這里我們以低通函數濾波器的實現為例，說明設計的整個過程。例如，低通濾波器的轉移函數Tlp(s)如下：

整理后獲得：

取b=k1k2，式(3)可以改寫成如下形式：

其等效的方框圖如圖3：

從方框圖中的函數中不難看出，系統可以分別用反向器電路、積分電路、有損積分電路來實現。把各個運算放大器電路代入圖3的方框圖中即可得到以下的實現電路，如圖4所示。

現在我們已不再需要利用電阻、電容、運放搭電路，然后才調試電路。現在完全可以利用系統內可編程器件方便地實現此電路。ispPAC10就能夠實現方框圖中的每一個功能塊，PAC塊可以對兩個信號進行求和或求差，k為可編程增益，電路中把k11、k12、k22設置成+1，把k21設置成-1。因此一個三運放的雙二階型函數電路可以用兩個PAC塊就能實現。在開發軟件PAC-Designer中使用原理圖輸入方式，把兩個PAC塊連接起來，電路如圖5所示。

電路中的CF是反饋電容值，Re是輸入運放的等待電阻，其值為250KΩ。兩個PAC塊的輸出分別為V01和V02。可以分別得到兩個表達式，即帶通函數表達式和低通函數表達式。

系統內可編程模擬電路的開發軟件PAC-Designer中含有一個宏單元，專門用于濾波器的設計，根據我們的設計要求算出對反饋電容，電阻和電路增益等參數，然后在電路圖編程環境下進行電路布線、修改其相應的參數值，系統的設計工作就基本完成。為了檢驗設計能否達到理想要求，開發軟件中還有一個模擬器仿真工具，用于濾波器的幅頻和相頻特性的仿真。如仿真的結果達到要求，則就可以通過下載電纜直接下載到ispPAC10器件中，整個設計工作完成。否則修改其參數，到仿真結果滿意為止。

結論

用ispPAC-Designer設計模擬濾波器極其方便，用一臺PC機就可以代替通常的示波器，掃頻儀和面包板，便工作效率得到很大提高，并且可以根據用戶的需要對系統作出調整而無須對PCB板作出任何改動，只須通過軟件在PC機中進行重新設計和性能仿真，然后下載到芯片中即可。整個工作在數小時內就能完成。