程控滤波器相信大家听到很多，但相信大家对于“程控滤波器的设计”还是很陌生的，那究竟什么是程控滤波器的设计呢？又应该怎样进行程控滤波器的设计呢？以下从几个方面了解一下，希望对大家有帮助！
程控滤波器的设计
程控滤波器其设计：
该系统设计由可控增益放大器、程控滤波器、椭圆滤波器和幅频特性测试仪4部分组成。图1为其系统总体设计框图。
图1中，可控增益放大器部分是以AD603作为核心器件，实现0～60 dB之间的增益调节。
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。
放大器输出信号通过滤波器后加在1 kΩ的负载上，各滤波器的输出切换由继电器实现。该系统以单片机和FPGA为控制核心，辅以DDS扫频电
路，经有效值检波电路，实现幅频特性的测试与显示。系统性能指标达到设计要求，工作可靠，用户界面友好。
3 理论分析与电路设计
3．1 放大器模块
可变增益放大器AD603的控制电压与增益呈线性关系，其增益为G(dB)=40×VG+G0。其中，VG为差分输入电压，VG范围为 -500～500 mV。G0是
增益起点，接入不同反馈网络时G0也不同。该系统采用AD603的通频带为30 MHz的典型接法，此时G0为20 dB，则增益为0～40 dB。AD603后由
继电器控制接入增益为20 dB的同相放大器，从而实现0～60 dB的增益范围，电路如图2所示。
程控滤波器的设计
采用16位串口D／A转换器MAX542输出电压控制AD603的增益，其增益步进可达到0．1 dB，最终设定系统的增益步进为10 dB。
3．2 滤波器模块
3．2．1 低通滤波器
系统采用开关电容滤波器MAX297实现低通滤波器。 MAX297是8阶开关电容式低通椭圆滤波器，其滚降速度快，从通频带到阻带的过渡带很窄。
它由带有求和与换算功能的开关电容积分器模拟梯形无源滤波器网 络而构成，其时钟频率与通频带之比为50:1，改变时钟频率，通频带在0．1 Hz～50 kHz范围内变化，增益在通频带内存在的±0.1 dB的波动。
系统设计时，尤其要注意MAX297的使用，当信号频率和采样频率同频，且相位合适时，开关电容组在电容上依次采集幅度相同的信号为幅
值信号， 相当于输入直流信号。因此采样电容产生直流信号，使得滤波器输出也直流电平。同理，当信号频率为采样频率的整数倍时，也会
现相同现象。要除去这种现象， 须限制输入信号范围，使之小于开关电容滤波器的采样频率，即时钟频率。因此在使用MAX297时．应在其前
面增加模拟低通滤波器，有效滤除采样频率及其以 上的高频信号。而在其后面也应增加低通滤波器，滤除信号的高频分量，使波形更加滑。
具体实现电路如图3所示。
程控滤波器的设计
3．2．2 高通滤波器
系统采用开关电容滤波器MAX263实现高通滤波器。该器件内部结构与MAX297相似，但其中心频率f0与Q值由外置引脚编程设置。将 MAX263的Q值设置为0．790,fclk/f0设置为185．35。通过改变外部时钟fclk控制高通滤波器的3 dB截止频率f0。
3．2．3 椭圆低通滤波器
采用无源LC椭圆低通滤波器实现，从滤波器设计手册上查表得四阶椭圆无源滤波器在θ=19°，Ωs=3.311时，相应归一化参 数：C1=1．210 F，C2=0．062 42 F，L2=1．220 H，C3=1．891 F，L4=0．846 9 H。取无源滤波器的端间匹配阻抗为R=510 Ω，截止频率fp=50 kHz代入公式：
式中，Cn，Ln表示归一化的电容值，电感值；C'n，L'n表示以fp为通带3 dB衰减的低通滤波电路中所对应的电容值、电感值。
计算结果为：C1=7．56μF，C2=390 pF，L2=1．98 mH，C3=11．81μF，L4=1.38 mH。将上述值转换为标称值后，得到图4所示的电路原理图和仿真波形。
程控滤波器的设计
3．3 幅频特性测试模块
FPGA由DDS产生0～200 kHz范围内的扫频信号，DDS产生信号的频率稳定度较高，而且信号的频率步进和信号幅值控制方便。DDS以Nyquist
时域采样定理为基础，在时域中 进行频率合成。DDS的基本工作原理：每个参考频率fs上升沿到来时，N位的相位累加器值便按照频率控制字K
的长度增加一次，输出所得相位值，正弦查找表 将相位信息转化为相应的正弦幅度值。在fs和N一定的情况下，输出波形频率由频率控制字K
决定。以一定步进循环增加频率控制字K，输出频率变化的扫频信 号。
扫频信号通过被测网络后，由AD637检测有效值，即利用各个频点通过网络后的有效值在示波器上显示其幅频特性图。AD637的外围电路简
单，而且当输入峰峰值大于2 V时，其测量误差在100 Hz～1 MHz的范围内可忽略。图5为幅频特性测试模块原理框图。
4 系统软件设计
系统软件设计主要有3部分：
(1)设置放大器的增益，控制高低通等滤波器的切换并设定其截止频率；
(2)幅频特性测试．产生DDS信号的频率控制字，控制频率步进，测量并显示信号通过滤波器后的幅值信息；
(3)人机交互功能。系统软件设计采用模块化思想，模块内部采用层次化设计，将硬件接口处理 及初始化部分作为底层的子程序，控制硬件接口的中断并向上层提供接口读取数据；中间层程序完成底层数据的收集和处理，将其结果上传至最终的上层功能控制程 序；最后主程序通过调用相关的功能控制模块实现对整个系统的构建。系统软件总体流程如图6所示。
5 测试结果
(1)用信号源在放大器输入端输入峰值为10 mV的正弦信号，在100 Hz～40 kHz范围内，用双踪示波器检测放大器的通频带。预置放大器增益，用低频毫伏表测试输出信号的有效值并检测其实际增益，计算增益误差，检验增益步进。测试 结果表明放大器的增益范围为0～60 dB，步进为10 dB，增益误差小于0．5％。
(2)将放大器增益设置为40 dB，输入信号为10 mV，选择高通或低通滤波器模块，预置滤波器截止频率，用低频毫伏表和双踪示波器测试其实际截止频率，计算相对误差，并检测截止频率步进和(低通)或(高 通)处的电压总增益，检测到该处电压总增益不超过20 dB。测试结果表明高通和低通滤波器的截止频率在1～30 kHz内可调，频率步进为1 kHz，且截止频率误差小于2％。
(3)椭圆滤波器的测试，将放大器的增益设置为40 dB，用低频毫伏表和示波器测量其通带波动、-3 dB截止频率和200 kHz的总电压增益。测试结果表明该椭圆滤波器的带内波动小于0．2 dB。截止频率为50．15 kHz，在200 kHz处衰减58．35 dB。
(4)幅频特性测试仪的测试，选择各滤波器为被测网络，设定测试信号扫频带宽和步进开始扫频，观察液晶显 示屏上的幅频测试图，结果表明幅频特性曲线与被测网络理论计算结果比较相符。
程控滤波器其设计该文章来自网络。
近年来随着科学技术的飞速发展、程控滤波器的设计在当代的应用可谓是越来越广泛，综上所述，本文已为讲解程控滤波器的设计，相信大家对程控滤波器的设计的认识越来越深入，希望本文能对各位读者有比较大的参考价值。
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基于MAX262的程控滤波器设计
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