基于正交矢量放大的MRS信號采集模塊設計---- 采集模塊硬件設計(二)

鎖相環實際電路連接圖如圖4.14所示。CPLD分頻產生1300Hz～3000Hz范圍內同Lamor頻率相等的信號，輸入74HC4046的14腳輸入端。4腳VCO輸出頻率經過CPLD中的256倍分頻器，再輸入4腳相位比較器輸入端。相位比較器的輸出2腳經過RC低通濾波器輸入VCO輸入端，組成鎖相環路。

74HC4046的VCO頻率范圍由外接電阻、電容決定，公式如下：

根據74HC4046數據手冊，確定外圍電容、電阻參數為：C₁ = 47pF，R₁ = 200kΩ，R₂ = 220kΩ。最終測得VCO輸入電壓為0和VDD時，VCO輸出波形如圖4.15和圖4.16所示。

4.4低通濾波器電路

4.4.1 LPF電路設計

要求鎖定放大器改善信噪比的作用主要由低通濾波器來實現。低通濾波器的通帶寬度越窄，抑制噪聲的能力越強。即使LPF的截止頻率很低，其頻率特性仍然能夠保持相當穩定，這是利用LPF實現窄帶化的優點。為了適應不同的被測信號頻率特性的需要，LPF的截止頻率常做成可調的。

傳統的濾波器一般采用分立器件來實現，電阻、電容的選取和匹配以及優化靈敏度等問題非常復雜，而且器件參數容易隨時間和溫度的變化而產生漂移。MAX260系列可編程開關電容濾波器，在一個芯片上集成了運算放大器、電阻和電容，設計時已經優化了靈敏度而且匹配好了元件，因而極大的簡化了濾波器的設計，把需要的控制參數加載到芯片以后，幾乎不需要外接元件，就可以方便的實現各種濾波器功能.

4.4.2 LPF電路芯片選擇

綜合考慮，選擇MAX260實現低通濾波器。

MAX260系列芯片主要由放大器、積分器、電容切換網絡（SCN）和工作模式選擇器組成，積分器、電容切換網絡和工作模式選擇器分別由編程數據M0，M1、F0～F5和Q0～Q6控制。每個芯片內部都含有兩個獨立的可編程二階開關電容濾波器，它們可以單獨使用，也可以級聯成一個四階的濾波器，濾波器A和B可以采用內部時鐘，也可以采用外部時鐘，每個濾波器的獨立時鐘輸人端可以連接晶振、RC網絡或外部時鐘產生器，芯片對外部時鐘的占空比沒有要求。可編程的參數有中心頻率、品質因數和工作模式，輸人時鐘頻率與6位編程代碼F0～F5一起決定濾波器的中心頻率或截止頻率，其中，時鐘頻率和中心頻率之比可實現64級程控調節，品質因數可實現128級程控調節，中心頻率和品質因數以及工作模式都可獨立編程，互不影響，片內開關和電容提供反饋以控制每個濾波器的中心頻率和品質因數，內部電容的開關速率是影響這些參數精度的主要因素。MAX260可以實現中心頻率或截止頻率在0.01Hz～7.5kHz范圍內可調，能夠達到設計的要求。

對MAX260具體的編程方法，是先產生編程系數。首先確定濾波器使用的時鐘頻率和工作模式，然后計算時鐘頻率和中心頻率之比，根據MAX260的數據手冊確定工作模式、時鐘頻率和中心頻率之比以及品質因數的二進制編程代碼。