程控滤波器设计方案曾国平

泉州师范学院

毕业论文<设计）题目程控滤波器设计

物理与信息工程学院电子信息科学与技术专业 06 级电信班学生姓名曾国平学号 060303017

指导教师吴志伟职称讲师

完成日期 2018年05月1日

教务处制

程控滤波器设计

物理与信息工程学院电子与信息科学技术专业 060303017 曾国平

指导老师吴志伟讲师

【摘要】以ad603芯片为核心进行增益放大器的设计，实现输出增益的动态调整，动态增益范围在0-60db.以max297等芯片为核心进行程控滤波器的设计，通过时钟频率的动态可调，实现截止频率的动态可调.系统性能满足了设计要求，实现相应功能.

【关键词】ad603；max297；ths3091；滤波器

目录

摘要.2

0.引言4

1．电路设计4

1.1 增益放大器4

1.1.1方案选择4

1.1.2 ad603简介5

1.1.

2.1 ad603的主要技术性能和特点【1】5

1.1.

2.2 AD603 的内部结构及原理[2]5

1.1.

2.3 AD603 的引脚功能[3]5

1.1.3 ad603放大电路6

1.1.3.1 ad603部分电路原理图6

1.1.3.2 opa642射级跟随电路7

1.1.3.3 ths3091功率放大电路[6]7

1.2 程控滤波器的设计9

1.2.1 低通滤波器9

1.2.2 高通滤波器11

1.2.3椭圆低通滤波器11

2.系统软件的设计11

3.硬件测试结果12

3.1 增益放大器测试结果12

3.2 低通滤波测试结果12

4 结束语13

5致谢13

参考文献13

英文摘要 (14)

附录一增益放大器相关图片15

1增益放大器原理图15

2增益放大器pcb电路15

3增益放大器设计实物图16

附录二程控滤波器相关图片16

1程控滤波器原理图16

2程控滤波器pcb电路17

3程控滤波器实物图17

0.引言

滤波器就是选频电路，可允许一部分频率的信号通过，而抑制另一部分频率的信号，它在数据采集、信号处理和通信系统等领域具有重要作用。本文提出一种基于开关电容有源滤波器的程控滤波器，可步进调节滤波器通带截止频率和放大器增益。该程控滤波器设计成本低、实现简单，可广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制等领域。

1．电路设计

本系统电路有可控增益放大器，程控滤波器，时钟频率电路，单片机最小系统等组成。增益控制电路采用ad603芯片，结合ths3091来进行设计与其他增益电路相比，该电路可设计增益高，可达到增益动态可调。AD603为低噪声精密可变增益放大器，温度稳定性高，其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯形网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量由加在增益控制接口的参考电压决定；其增益与控制电压呈线性关系，通过单片机控制，而由D／A转换器产生精确的参考电压来控制增益，从而实现较精确的数控，同时可降低干扰和噪声。

程控滤波器部分采用开关电容滤波器实现。开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的集成滤波器，其开关电容组在时钟频率的驱动下，可等效成1只与时钟频率有关的等效电阻R=1／2πCfc。其中C为开关电容组的电容,fc为滤波器时钟频率当，用外部时钟改变fc时，等效电阻R改变，从而可改变滤波器的时间常数，也改变滤波特性。开关电容滤波器可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器需要A／D、D／A转换，这样简化电路设计，提高系统的可靠性。

该系统采用集成的开关电容滤波器MAX297实现低通滤波，采用MAX263实现高通滤波利用电感和电容可搭建各种类型的滤波器该系统利用无源LC滤波器技术，参照滤波器设计手册相关参数，比较容易地实现较理想的四阶椭圆低通滤波器，采用有源RC滤波器实现带通滤波器

1.1 增益放大器

1.1.1方案选择

方案一：采用较为传统的方法，使用数字电位器和普通的运放电路组成增益电路。该电路通过控制电位器来改变放大器的反馈电阻来实现增益可变。这种方案实现较为简单，但是电位器精度有限，很难实现增益的精确调控，而且信号通过点位器有带宽限制，这样会影响系统的同频带。

方案二：用集成多路模拟开关改变电阻. 用不同阻值的固定电阻,通过集成多路模拟开关 ,将其分别接入运放的输入回路,以此来达到改变输入电阻的目的,从而实现对信号的放大或衰减,即改变放大器的增益；还可以用数个运放分别接成同相输入深度负反馈放大器后串联成多级同相放大器,再用模拟开关控制各运放单元反相输入端外接电阻与公共地端的通、断状态,进而控制放大器的增益。但是这种方式的主要缺点是模拟开关的导通电阻影响放大器的增益,影响信号的传输精度。

方案三：采用集成可变增益放大器ad603。ad603低噪声，通过单片机可实现精密控制，温度稳定性高，最大增益误差为0.5db。

所以本设计采用方案三来设计增益控制电路。

1.1.2 ad603简介

1.1.

2.1 ad603的主要技术性能和特点【1】

Ad603是90mhz低噪声可编程的放大芯片，采用线性db的增益控制，增益范围在-11-31db 或 9-51db，增益精度为±0.5db。电源电压VS : ±7. 5V 。输入信号幅度: + 2V 。功耗:400mW 。工作温度范围: AD603A : - 40 ℃～85 ℃。AD603S : - 55 ℃～+ 125 ℃。存储温度: - 65 ℃～+ 150 ℃

1.1.

2.2 AD603 的内部结构及原理[2]

AD603 的简化原理框图如图1所示, 它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯型网络输入端(V INP> 的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关, 而仅与其差值VG 有关, 由于控制电压GPOS/ GNEG 端的输入电阻高达50MΩ ,因而输入电流很小, 致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。以上特点很适合构成程控增益放大器。图2 中的“滑动臂”从左到右是可以连续移动的。

当VOU T 和FDB K 两管脚的连接不同时, 其放大器的增益范围也不一样。当脚 5 和脚7短接时, AD603 的增益为40Vg + 10 , 这时的增益范围在- 10～ + 30dB 。当脚5 和脚7 断开时, 其增益为40Vg + 30 ,这时的增益范围为10～50dB 。如果在5 脚和7 脚接上电阻, 其增益范围将处于上述两者之间。

AD603的增益控制接口的输入阻抗很高, 在多通道或级联应用中, 一个控制电压可以驱动多个运放。同时, 其增益控制接口还具有差分输入能力, 设计时可根据信号电平和极性选择合适的控制方案。

图1 ad603原理图

1.1.

2.3 AD603 的引脚功能[3]

1脚：gpos 增益控制输入“高”电压端<正电压控制）

2脚：geng 增益控制输入“低”电压端<负电压控制）

3脚：vinp 运放输入

4脚：comm 运放公共端

5脚：fdbk 反馈端