開關(guān)電容濾波器前置、后置濾波器的設(shè)計
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2 隨動跟蹤前、后濾波
2．1 隨動方式
在實際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，可用開關(guān)電容濾波器的可程控性能，在很寬的頻率范圍內(nèi)，隨時指定開關(guān)電容濾波器的時鐘頻率fclk，進而改變濾波器的轉(zhuǎn)角頻率fc。這時，開關(guān)電容濾波器的前、后置濾波器的頻率也應(yīng)隨之改變，即實現(xiàn)隨動跟蹤前、后置濾波。
實現(xiàn)隨動跟蹤濾波時，為簡化硬件設(shè)計，可在滿足最低衰減量的前提下，使開關(guān)電容濾波器的轉(zhuǎn)角頻率變化若干檔后，前、后置濾波器的轉(zhuǎn)角頻率才變化一檔，即將前、后置濾波器的若干檔轉(zhuǎn)角頻率合為一檔。具體的判別方法如下：
根據(jù)式(7)可知，對于開關(guān)電容濾波器指定的轉(zhuǎn)角頻率fc，其前置濾波器的轉(zhuǎn)角頻率fpre可以在一定的頻率范圍內(nèi)取值，記其最小值為min(fpre)，最大值為max(fpre)。對于fcifij，如果min(fprej)max(fprei)，那么就可以將fprei和fprej合為一檔，取新檔的轉(zhuǎn)角頻率fpre如圖4(a)所示：
min(fprej)≤fpre≤max(fprei) (14)
后置濾波器的情形與之類似，如果min(fprej)max(fprei)，則可將fprei和fprej合為一檔，取新檔的轉(zhuǎn)角頻率fpost如圖4(b)所示：本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/177875.htm
2．2 實例
在一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，選用MAX295開關(guān)電容濾波器作A／D轉(zhuǎn)換器的抗混迭濾波器。
MAX295是一種時鐘可編程的八階巴特沃思低通濾波器，轉(zhuǎn)角頻率可在0．1 Hz～50 kHz的范圍內(nèi)任意設(shè)置，其時鐘頻率fclk與轉(zhuǎn)角頻率fc之比N=50。根據(jù)系統(tǒng)要求，抗混迭濾波器的轉(zhuǎn)角頻率應(yīng)在10 Hz～50 kHz的范圍內(nèi)，按1-2-5的分度，分為12檔。
此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率為12位，根據(jù)表1可以確定，前置濾波器的衰減量A應(yīng)大于74 dB。考慮到實際可能，這里用2個LM318構(gòu)成一個四階通帶紋波為0．5 dB的Chebyshev濾波器作前置濾波，設(shè)置53 Hz，530 Hz，5．3 kHz和53 kHz 4個轉(zhuǎn)角頻率覆蓋整個頻程。
MAX295輸出噪聲甚低(THD+N典型值-70 dB)，因此后置濾波器的衰減量大于10 dB即可滿足要求。為此用其自帶的運算放大器構(gòu)成一個二階巴特沃思低通濾波器，并設(shè)置53Hz，530 Hz，5．3 kHz和53 kHz 4個轉(zhuǎn)角頻率覆蓋整個頻程。
圖5為此程控抗混濾波器的結(jié)構(gòu)，三級濾波器的頻率設(shè)置及最小衰減量如表2所示。其中，前、后置濾波器的一個轉(zhuǎn)角頻率可覆蓋開關(guān)電容濾波的3個頻率。例如，前置濾波器與后置濾波器置在53 Hz的轉(zhuǎn)角頻率可與開關(guān)電容濾波的10 Hz，20 Hz和50 Hz 3個頻率對應(yīng)，其余類推。
所有濾波器元件的參數(shù)計算及校核用美國TI公司的“FiherPro低通濾波器設(shè)計程序”完成。理論計算和實測結(jié)果均表明，該濾波器完全可以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。
3 結(jié)束語
筆者提出了開關(guān)電容濾波器前置(抗混)濾波器和后置(重建)濾波器的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計步驟，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工程實例，討論了隨動跟蹤前后置濾波器的設(shè)計問題。實驗表明，筆者提出的設(shè)計方法簡明可靠、行之有效，可作為開關(guān)電容濾波器應(yīng)用的參考。
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