低通滤波电路模块设计 - 解读FPGA设计程控滤波器系统电路

接线图 2023年09月27日 21:04 256 admin

　　低通滤波模块

　　用MAX297 实现低通滤波器。开关电容滤波器MAX297 可以设置为8 阶低通椭圆滤波器，阻带衰减为-80dB，时钟频率与通带频率之比为50：1。通过改变CLK的频率，即可满足滤波器-3 dB 截止频率在1～20kHz 范围内可调，步进1 kHz的要求。

低通滤波电路模块设计 - 解读FPGA设计程控滤波器系统电路第1张

　　在使用MAX297 时要注意的是，当信号频率和采样辨率同频，开关电容组在电容上各次采到相同的幅度为信号幅值的信号，相当于输入信号为直流的情况，使滤波器输出一个直流电平。同理，当信号频率为采样频率的整数倍时，也会出现相同的现象。为此，在其前面，要增加模拟低通滤波器，把采样频率及其以上的高频信号有效地排除。故又用一级MAX297，截止频率设置为50kHz。其中时钟频率设置为2．5 MHz。在其后面，也要增加低通滤波器，其截止频率为150kHz，以滤去信号的高频分量，使波形更加平滑。具体电路如图4 所示。

　　四阶椭圆低通模块

低通滤波电路模块设计 - 解读FPGA设计程控滤波器系统电路第2张

　　系统要求制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1 dB，-3 dB 通带为50kHz，采用无源LC 椭圆低通滤波器来实现。用Filter Sol ution 模拟仿真滤波器，随后在Multisim 中再模拟仿真并调整电容、电感的参数使其为标称值。此外，在椭圆滤波器前后接射级跟随器避免前后级影岣。具体电路如图5 所示。

　　本系统放大器增益范围10～60 dB，通频带1～200 kHz，增益误差小于1％。滤波器截止频率范围1～30kHz，误差小于1．5％。椭圆滤波器截止频率误差为0，在150 kHz 处幅度几乎衰减到0。误差主要来源于时钟频率，当截止频率为20 kHz的时候，所需最高的时钟频率为2MHz，不能保证很好的时钟沿，而且时钟频率也不可能精确地控制，以及放大器的非线性误差。此外，利用DAC0800 和有效值检波电路实现了幅频特性测试仪，系统整体性能良好。整个系统在单片机和FPGA 的有机结合、协同控制下，工作稳定，测量精度高，人机交互灵活。

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