開(kāi)關(guān)電容濾波器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

這里需要說(shuō)明的是，圖l所示的低Q值開(kāi)關(guān)電容二階帶通濾波器用到了兩個(gè)運(yùn)放，其輸出端口分別為V1(z)和Vout(z)。其中V1(z)對(duì)應(yīng)低通濾波特性(如圖2下方曲線)，Vout(z)對(duì)應(yīng)帶通濾波特性(如圖2上方曲線)，其增益峰值都在濾波器的中心頻率ω0處獲得。為了在濾波器內(nèi)部得到最大的動(dòng)態(tài)范圍，需要在中心頻率ω0處V1(z)和Vout(z)相等，分別求得V1(z)和Vout(z)對(duì)應(yīng)于Vin(z)的傳輸函數(shù)，并計(jì)算函數(shù)對(duì)應(yīng)于中心頻率ω0處的取值。計(jì)算方法很簡(jiǎn)單，將s=jω0分別代入傳輸函數(shù)V1(z)和Vout(z)即可。不難發(fā)現(xiàn)，在中心頻率ω0處，當(dāng)且僅當(dāng)α2=α5時(shí)，有V1(z)=Vout(z)。圖2和圖3分別通過(guò)仿真分別給出了α2=α5時(shí)與α2≠α5時(shí)兩個(gè)運(yùn)放的輸出端的頻率幅值響應(yīng)。仿真結(jié)果也很好驗(yàn)證了低Q結(jié)構(gòu)更適合該濾波器設(shè)計(jì)要求。

3 運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)
運(yùn)算放大器是開(kāi)關(guān)電容濾波器中重要的元件。如果運(yùn)算放大器的指標(biāo)不合理，可能會(huì)影響到整個(gè)濾波器的性能。所以需要根據(jù)實(shí)際的濾波器的性能要求選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)放指標(biāo)，從而使整個(gè)系統(tǒng)滿足要求。該濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

對(duì)于給定指標(biāo)的運(yùn)算放大器，合理的結(jié)構(gòu)選擇是整個(gè)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一點(diǎn)。在考慮指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，還需要考慮到可實(shí)現(xiàn)性，同等情況下選擇更簡(jiǎn)單、版圖更小的結(jié)構(gòu)。選擇一級(jí)運(yùn)放。因?yàn)槠湄?fù)載電容就是補(bǔ)償電容，無(wú)需特意去增加補(bǔ)償電容，而且相對(duì)于二級(jí)運(yùn)放(一般用米勒補(bǔ)償)，一級(jí)運(yùn)放在電源抑制比等方面都有優(yōu)勢(shì)。

4 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)控制主要包括輸入儀表放大器控制、峰值檢測(cè)控制、開(kāi)關(guān)電容濾波器控制、增益控制、濾波器通道控制、輸出反相控制、鍵盤控制、顯示控制等部分。這里主要介紹開(kāi)關(guān)電容濾波器的控制。開(kāi)關(guān)電容濾波器的控制包括時(shí)鐘發(fā)生模塊和編程參數(shù)控制模塊2部分。時(shí)鐘發(fā)生模塊用于生成的各個(gè)二階濾波器組件的時(shí)鐘信號(hào)，該可編程濾波器系統(tǒng)共需3路時(shí)鐘控制。濾波器編程參數(shù)控制模塊用于實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部程序存儲(chǔ)器編程控制，包括濾波器編程參數(shù)讀取模塊和接口時(shí)序控制模塊。