基于單片機和FPGA設計的程控濾波器

　　3.4四階橢圓低通模塊

　　系統要求制作一個四階橢圓型低通濾波器，帶內起伏≤1 dB，-3 dB通帶為50 kHz，采用無源LC橢圓低通濾波器來實現。用Filter Sol ution模擬仿真濾波器，隨后在Multisim中再模擬仿真并調整電容、電感的參數使其為標稱值。此外，在橢圓濾波器前后接射級跟隨器避免前后級影岣。具體電路如圖5所示。

　　圖5 橢圓代通濾波

　　4系統軟件設計

　　系統軟件設計由單片機和FPGA組成，用戶可以通過界面的顯示選擇高通、低通和橢圓濾波器，可以設置截止頻率，同時可以顯示幅頻曲線。其中單片機主要完成用戶的輸入輸出處理和系統控制，FPGA主要完成的功能有：控制AD9851產生掃頻信號、控制濾波器截止頻率的時鐘信號的產生以及控制兩塊D/A以顯示幅頻特性曲線。程序流程圖如圖6所示。

　　圖6 程序流程圖

　　5測試方案與測試結果

　　5.1放大器測試

　　放大器輸入端的正弦信號頻率為10 kHz，振幅為10 mV，設定增益大小分別為10、20、30、40、50、60dB，用示波器測量實際輸出幅值，計算出實際增益，其誤差小于1%。此外，測得放大器通頻帶為1～200kHz.

　　5.2低通、高通濾波器測試

　　將放大器增益設置為40dB，濾波器設置為低通濾波器，預置濾波器截止頻率在1～30 kHz范圍，步進為1kHz.用示波器測量實際截止頻率，計算相對誤差小于1.5%，且2fc處的電壓總增益小于20dB.高通濾波器測試方法同理。

　　5.3橢圓濾波器測試

　　放大器增益設置為40 dB，用示波器測量實際-3 dB截止頻率和200 kHz處的總電壓增益。測得fc=50.0kHz，在150 kHz處幅度就已幾乎衰減到0.

　　5.4幅頻特性與相頻特性測試

　　測量低通、高通濾波器的頻率特性，在示波器上顯示其幅頻特性曲線，與所設置的濾波模式及截止頻率相符。

　　6結束語

　　本系統放大器增益范圍10～60 dB，通頻帶1～200 kHz，增益誤差小于1%。濾波器截止頻率范圍1～30kHz，誤差小于1.5%。橢圓濾波器截止頻率誤差為0，在150 kHz處幅度幾乎衰減到0.誤差主要來源于時鐘頻率，當截止頻率為20 kHz的時候，所需最高的時鐘頻率為2MHz，不能保證很好的時鐘沿，而且時鐘頻率也不可能精確地控制，以及放大器的非線性誤差。此外，利用DAC0800和有效值檢波電路實現了幅頻特性測試儀，系統整體性能良好。整個系統在單片機和FPGA的有機結合、協同控制下，工作穩定，測量精度高，人機交互靈活。